周建伟
广东省湛江市建筑设计院有限公司 524000
【摘要】本文结合工程实例,着重讨论了模数化设计与装配式结构在停车楼设计中 的结合应用以及组合结构的经济性，对预制混凝土空心管柱在RCS组合 结构中应用的合理性和相应技术措施进行了研究探讨。
关键词：停车楼；装配式建筑；RCS结构体系。
一、引言
装配式建筑以其建造速度快、质量安全、经济性好等特点逐渐被建设单位所重视。由于停车楼具有功能相对单一、建筑构件重复率较高的特点，运用装配式技术建设停车楼可以利用预制结构标准化建 造的特点，充分发挥其立体停放、节约土地、经济高效的优势，有效缓解城市停车压力。近年来随着对预制管桩在高层建筑中应用的限制，导致部分管桩厂家生产的预制高强混凝 土管粧出现产能过剩的情况，造成社会资源的闲置和浪费。而预制管粧有成熟的制造工艺、通过增加非预应力钢筋可提高其抗震性能，其高强材料的应用符合建筑绿色理念。
基于以上情况，我们在某住宅小区配套停车楼的设计中，尝试利用改善的预应力混凝土管桩作为预制构件，探讨装配式组合结构体系在停车楼设计中的应用。结合工程实践，从空间组织、围护系统、结构体系和经济性分析四个方面人手，对此类装配式公共建筑关键技术进行总结。提出了一些解决方案和措施，希望对今后此类工程的设计建设提供一定的参考价值。
二、工程实例
1、项目概况
为改善社区居住品质，解决居住区内停车数量的不足，某住宅小 区中规划建设了配套停车楼一座，积极响应国家对于推进装配式将装配 式组合结构形式应用于本项目。总建筑面积为10542m2 (其中配套公共设施面积为 972m2)，建筑抗震烈度设为8度，抗震等级为三级，地上3层，共计有停车位392个， 建筑呈长条状布置，南北进深约33m，东西面宽约132m。
停车楼场地布局的重点在于处理建筑与住宅、道路和城市的关系。项目位于地块中 部，处于北侧高层住宅组团与南部的社区医院之间的缓冲地段，避免停车楼对住宅建筑造 成噪声干扰和空气污染，东侧靠近城市次干道，便于与城市交通联系的同时也避免在高峰 出行时间影响道路运行。人行出入口面向北侧住宅，便于与住区内部步行系统连接，并有 利于提高底层商业活力，建筑平面布局紧凑，土地利用率高，底层一部分被设计为超市等便民性商业服务用房。组团内居民楼距停车楼的最大距离为300m，步行距离适 中，居民出行便捷。此外，将人行出入口与车型出入口结合布置，通过车阻石、路缘石进 行人车分流，为人们提供安全、自然、轻松的外部步行空间环境。
2 模块化的建筑空间组织方式
装配式建筑是结构系统、外围护系统、内装系统、设备与管线系统的主要部分采用预制部品部件集合而成的建筑，其设计方法注重模数关系的组织以及不同模块间的组合。
停车楼采用预制与现浇方式相结合的整体装配式结构体系。为与装配式的建造方式相 适应，停车楼采用水平楼板与环形坡道两种模块进行空间组织，以扩大模数3M为基本模 数，不同的模块内构件和尺寸模数统一。同一平面高度内的水平停车空间，建造方式简 单，可以避免错层式、倾斜楼板式等相对复杂的楼板形式，以达到减少部件种类和简化构 件连接方式的目的。
环形坡道模块位于停车楼东西两侧、对称布置，分别与车行出人口相连接，坡道下方 一部分地坪降低作为住区消防控制室等公共服务设施房间。双向环形坡道，避免了行驶路 线交叉和逆行，上下行路线短捷、迅速。逐渐升高的坡道部分采用现浇混凝土楼板，每段 依据柱跨划分为6个标准单元，利于制作混凝土模板。
两坡道之间的矩形停车空间采用规整柱网，体现模数化、标准化的设计原则。东西向 柱网尺寸为8400mm，宽度可容纳3个停车位；南北向柱网尺寸依功能需要分别为 4950mm、6900mm、84：00mm。两条车行通道划分出四排停车位，结合环形坡道模块形成 简洁高效的平面布局形式。屋面层也作为停车区域以高效利用空间，后期可架设太阳能光 伏板，既为屋顶停车提供遮挡，也为低层的公共服务设施提供清洁能源。针对较小的项目 规模，每层不单独设置人行通道，人车相遇时，主要利用停车位空间避让；每层设置四个 消防疏散楼梯，保证了人员双向疏散。
3建筑造型及外围护系统
建筑造型由停车楼主体，坡道和楼梯间三种体量相互穿插咬合组成。停车楼立面以横 向构图为主，墙面采用与住宅统一的浅驼色基调。北侧商业部分立面为玻璃幕墙，增加商 业服务的公共性与开放性，缓解停车楼单调、冰冷的印象。停车与坡道部分均为水平开敞 窗洞，形成停车楼独特的形象，造型轻盈的同时获得良好的通风效果和明亮的自然光线。 车行出入口具有较强标示性，保证了驾驶员与行人之间的视线可达。
外围护系统延续平面模数关系，以柱距和层高来划分基本的模块单元。围护构件采用 尺寸为2800mmX750mm的GRC装饰挂板，每跨柱距可划分为三块挂板；每层1500mm 高的窗洞上下各外挂一排挂板，与3000mm和3900mm的层高相对应。同时，挂板通过 不锈钢挂件与主体结构连接，保证了建造逻辑的清晰。通过水平和竖向扩大模数，将外围 护系统与结构系统统一。
4装配式组合结构体系
停车楼采用装配式RCS (Reinforced Concrete Column-Steel Beam)结构体系，即高 强钢筋混凝土管柱-钢梁框架结构。RCS框架结构是一种性能优越的组合结构形式，W符 合经济适用、施工工期紧凑和成本有限的社会需求。工程实践表明，依据材料的特性将不 同的材料应用于不同的结构构件，可以控制成本并使选材更加合理。在框架结构中，柱子 主要受压力作用，梁主要抗剪力作用。钢筋混凝土柱具有刚度大、受压性能和耐火性好的 优点，与钢柱相比，结构安全性更高而造价更低。钢梁具有质量轻、强度大和施工方便的 优点，与钢筋混凝土梁相比，构件尺寸更小，可以节约室内空间，提高施工效率。
预制混凝土管柱是在预制混凝土管中配置钢筋后浇筑混凝土，以原管柱作为模板并起到临时承力的作用，浇筑后的叠合柱将成为整体受力构件。在此基础上通过配置非预应 力高强钢筋、按需布置预应力钢筋与填芯，成为高强混凝土混合配筋预制管柱构件。管柱 分为角柱，边柱和中柱，分别选用25mm和22mm直径钢筋进行配筋，随着非预应力配 筋率的增加，高强混凝土混合配筋预制管柱表现出承载力增大的趋势，避免超筋破坏；通 过布置预应力钢筋及填芯的方式，进一步增加构件承载力、降低轴压比、调节构件延性性 能。拟静力试验结果表明：随着轴压比的增大，高强混凝土混合配筋管柱的刚度和承载力 显著提高，屈服位移角介于1/85?1/64之间，极限位移角介于1/34?1/25之间，满足 相关抗震规范要求。由其作为框架柱组成的预制装配式结构体系，具有施工方便，工程 成本低的优点。与钢柱相比无须防火、防腐措施，借助已分布全国的PHC管桩生产基地 及其物流网络可迅速推广。
梁柱节点作为RCS结构的主要传力部件，是RCS结构研究的关键。本项目采用“柱 贯通式”节点构造方案，梁柱节点借鉴钢管混凝土节点做法，在管柱生产时于楼层位置预 埋钢环板，然后加设加强环板，钢梁通过高强螺栓与加强环板及腹板连接。预埋钢环板从 三个方向对钢梁端头附近的混凝土施力，可以提高混凝土的结构性能，防止开裂。本工 程98根预制钢筋混凝土管柱根据设计高度一次预制成型，在楼层之间不断开，可以有效 减少柱间接头，提高施工效率，保证结构承载能力及竖向连续性。钢梁则采用H型钢， 分为两种主梁和两种次梁，最大应力比为0.87。
停车楼采用预制叠合板，因为不用拆除预制模板，简化了传统混凝土楼板的模板安装 与拆除的工序，施工更加便捷。混凝土现浇于预制板之上，通过钢筋拉结增加两者间的黏 结力，预制板作为现浇混凝土的模板与上部现浇混凝土层成为一个整体，共同受力，提高 了整体刚度。
施工过程中，首先在工厂内将梁柱节点组合部件预埋焊接在预制管柱的相应位置上， 之后把加装组合部件的钢筋混凝土管柱运至施工现场，再吊装到预先设定的位置，然后通 过各管柱上的加强环板将钢梁固定，形成RCS结构体系。采用这种方法以提高土作效率、 节省造价。
5经济性分析
欧美和日本等国的预制装配式技术已相对成熟，预制率达到50%?75%，建造成本 逐渐下降。而我国的装配式建筑行业目前仍处于起步阶段，技术、成本和规模等方面的限 制使得国内装配式建筑的预制率较为低下，造价则比传统现浇建筑更高。其中，预制构 件的生产及安装费用约占建筑总造价的59%，是降低装配式建筑成本的关键。
材料成本是预制构件生产费的主要组成部分，装配式RCS结构体系所用材料费用与 传统混凝土框架对比如下：框架柱降低了约30%的造价；楼板造价减少9%;但增加了防 火措施的钢梁造价比混凝土梁增加40%;对组合结构的材料费用影响较大。为降低用钢 量，需要在方案前期进行充分的标准化设计，对梁柱截面进行优化选择。本项目中分别对 1/400的混合结构位移角限值和1/550的钢筋混凝土结构位移角限值的两种方案进行造价 比对，优化材料费用。前者与后者相比，管柱节省0.22万元，占造价的2. 24%;钢梁节 省18万元，占造价的16. 5%;整体节省18. 22万元，占造价的15. 3%。经过结构方案调 整后，采用预制装配式建造方法的材料费用得到有效控制。
预制装配式建筑的人工费比传统方式占有绝对的优势，节省约30%左右，可通过分 段流水施工方法实现多工序同时工作以及增加机械工作量的方式，提高安装速度。在人工 成本逐年上升的形势下，装配式的建造方式必将更有竞争力。
三、结束语
为了建造满足安置适用房项目施工等级实施要求的，符合装配式组合结构特点的停车 楼项目，本项目从结构体系与建造方式出发进行建筑设计，较全面地考虑了围护构件与结 构构件的标准化设计以便工厂生产加工。将管桩改造成预制混凝土空心管柱应用于装配式 RCS组合结构中，节约能源的同时充分发挥不同材料的特性，整合混凝土工厂生产空心 管粧资源。
随着私家车数量迅速增长，仅依靠传统的地面、地下式停车已难以满足如今的停车需 求。停车楼作为重要的解决途径之一，停车效率高，可以有效缓解城市停车压力，具有较 大建设发展空间。相较于传统施工方法，应用预埋钢环板混凝土管柱的装配式RCS组合 结构工期可缩短30%，并且可有效减少施工现场污染及建筑垃圾，实现绿色环保式建设， 具有良好的经济效益和环境效益，模块化的生产建造方式符合停车楼标准化建造以及节能 减排的要求，具有广阔的发展前景。
参 考 文 献
[1]《装配式建筑概论》出版社：哈尔滨工程大学出版社；出版日期：2019年7月
[2]《装配式建筑》出版社：中国建筑工业出版社；出版时间：2018年12月
【作者简介】周建伟，男，1974年生，建筑设计工程师研究方向为建筑设计及工程管理。