預應力混凝土雙T板在港口工程的設計與應用

陳紅兵，劉觀發，胡佳棟

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

近年來，隨著裝配式建筑的推廣和發展，預應力混凝土雙T板(簡稱雙T板)因其良好的經濟性、受力性能和耐久性能，已在國內外的大跨度、重荷載的工業建筑中得到了較廣的應用[1-2]，但雙T板結構的使用存在一定的地域特點，即北方地區應用較為廣泛，南方地區的案例卻不多[3-4]。而在沿海尤其是南方的港口類工程大跨度工業建筑中，普遍采用門式剛架+輕鋼屋面的結構，在南方多雨、沿海高鹽分和臺風頻發的海岸環境下，存在鋼結構易腐蝕、滲漏水、輕鋼屋面圍護結構被臺風損壞、后期定期維護費用高等缺點。為了克服鋼結構的固有缺點，又能發揮裝配式結構施工便利、低碳節能的優點，在欽州7#、8#泊位自動化碼頭工程兩個大跨度的維修車間采用雙T板屋面結構進行設計。

雙T板結構雖然在國內尤其是北方地區有了較多的工程實踐，但相關的總結普遍為試驗[5]、裂縫[6]、施工[7]和支座[8-10]等方面的研究，設計與施工綜合相關的經驗介紹卻比較少。本文以欽州自動化碼頭工程的成功實踐為基礎，對雙T板在沿海港口工程中的應用進行了較為全面的設計總結，從建模計算分析到構造措施以及施工注意事項提出了應注意的關鍵點，為雙T板在港口工程中類似的結構設計提供一定的參考。

1 結構計算要點

1.1 結構布置及模型

本工程單層車間長60 m、總寬度30.4 m，其中維修區寬24.4 m、高10.3 m，高程8.0 m處帶10 t的橋式吊車，設計采用跨度24 m雙T板屋蓋；儲存區寬度6 m、高6.5 m。A軸側邊(梁板式)雨棚的懸挑長度為2 m，結構布置如圖1所示。結構采用盈建科(YJK)軟件進行三維整體建模計算和分析，模型如圖2所示。

圖1 建筑平面(尺寸：mm；高程：m)

圖2 三維計算模型

1.2 雙T板的設計和模擬

該維修車間屋面結構的跨度為24 m，選用國標圖集《預應力混凝土雙T板》[11]中YTSb2430-2坡板板型，預應力筋數量為10φs12.7×2(10根1×2的直徑12.7 mm鋼絞線)，不上人屋面附加的永久荷載限值為2.45 kPa，可滿足工程的荷載使用要求，其截面尺寸如圖3所示，實物如圖4所示。

圖3 雙T板截面(單位：mm)

圖4 雙T板實物

雙T坡板為變截面(坡板)，屋脊處與端部的高差為240 mm。整體模型中，每塊板的雙T梁按矩形梁參與計算，樓板厚度取50 mm。為考察屋脊變截面找坡的影響，分為模擬和不模擬變截面坡梁兩個模型，其對支承梁和框排柱的配筋影響見表1。

表1 雙T板模擬對主要構件的配筋影響

1.3 支座模擬

雙T板結構中，板梁支座處的連接節點是傳力的關鍵部位。雙T板與支承構件的連接方式以焊接、螺栓的干式全截面連接為主。文獻[8-10]對雙T板端部的連接方式進行了較為全面的總結和論述，并提出了變截面的新型鋼質企口連接。

本工程的支座連接采用國標圖集《預應力混凝土雙T板》中的焊接做法(圖5)，結構計算按固定鉸支座模擬。

圖5 焊接支座連接

為考察支座水平剛度的影響，分別試算雙T板兩端固定鉸接和一端固定鉸接、另一端滑動簡支兩種模型。兩種模型下支承梁和框排柱的配筋變化見表2。

表2 雙T板支座類型對主要構件的配筋影響

2 結構設計關鍵點

2.1 雙T板模擬對支承梁和排架柱配筋的影響

雙T板變截面模型對支承梁和排架柱的配筋有較大影響，雙T板支承梁最大配筋位置在車間的兩個邊跨，排架柱最大配筋位置在中間跨。

由表1可知，按實際模擬變截面找坡時，邊跨的支承梁剪扭縱筋需要增大184%，框排架柱配筋需要增大38%。即雙T板的變截面找坡會引起排架柱和支承梁的配筋顯著加大，尤其是邊跨的支承梁剪扭縱筋會增大很多，不容忽視。

同時，雙T板變截面找坡時，其下的支承框架梁處于雙向受彎狀態，故對雙T板支承梁應注意復核軟件是否進行了面外配筋設計。

2.2 雙T板支座模擬對支承梁和排架柱配筋的影響

雙T板支座模型對支承梁和排架柱的配筋有較大影響。由表2可知，雙T板兩端固定鉸接模型計算的配筋對比一側滑動簡支模型的計算，支承梁的剪扭縱筋的配筋需要增大127%，框排架柱配筋需要減少7%。即固定鉸接模擬會增大支撐梁的剪扭配筋量，因結構整體性更好，柱配筋會略小。實際工程中，考慮到滑動支座也存在一定的摩擦約束力，建議采用兩端固定鉸支座的設計，避免支承梁配筋偏小，固定鉸接支座也對柱頂提供了側向約束力，能加強結構的整體性。

2.3 整體位移控制

位移控制是整體結構設計的重點，結構長邊(縱向)方向形成了框架結構，故該方向結構位移的控制指標按《建筑抗震設計規范》[12]要求取h/550(h為層高)，本模型計算的層間位移為h/855，滿足要求。

結構短邊(雙T板長度)方向為排架結構，因目前國標沒有明確的位移控制指標，參照國標圖集《實腹鋼梁混凝土柱》[13]，位移可按h/400控制，本模型計算的層間位移為h/640，滿足要求。

2.4 構造措施

為確保兩側山墻處的抗風柱與屋面結構形成有效的傳力路徑，抗風柱的頂面注意預埋鋼板，并與雙T板進行連接(圖6)，使屋面板對抗風柱形成側向支點。

注：La為鋼筋的錨固長度。

同時，作為抗震構造措施的要求，屋面與山墻相鄰近處兩榀雙T板的頂面(6 m范圍)均應設置標準預埋件M-3，并采用鋼板或角鋼進行連接形成整體，具體做法可參見國標圖集《預應力混凝土雙T板》相關的屋面抗震構造。

2.5 其他問題與建議

1)國標圖集《預應力混凝土雙T板》最大適用跨度為24 m，江蘇省標準圖集《預應力混凝土雙T板》[14]的最大跨度可達30 m。鑒于目前國內24 m跨度以上的雙T板有了一定的工程經驗，建議國標圖集增加24 m以上雙T板的類型，便于該類結構的推廣和使用。

2)雙T板按圖集使用時，應避免板面作用較大的集中荷載，當屋面有設備基礎及放置較重的設備時，注意對雙T板進行截面抗剪驗算，且集中荷載作用位置盡量避免靠近雙T板的端部位置。

3 施工注意事項

1)因A軸處排架柱單側帶較大懸挑的梁板式雨棚，使柱子承受了一定的面外傾覆力矩，故在屋面雙T板安裝固定前注意不應拆除懸挑梁板式雨棚的腳手架，避免對柱子產生不利影響。

2)雙T板預制施工時，須根據圖紙和圖集的要求，注意預埋吊鉤、支座埋件M-1、板邊緣處的拼縫埋件M-2和接山墻處雙T板的抗震構筑措施要求的埋件M-3，避免埋件遺漏而影響后期安裝。

3)雙T板運輸時不宜超過3層，且應有可靠的固定措施。運抵現場后，應注意堆放場地的平整和放置枕木，堆放層數不宜超過5層。

4)雙T板吊裝過程中應防止雙T板遭受沖擊作用。安裝完畢后，外露鐵件應除銹并按圖紙的要求做防腐處理。

4 結論

1)雙T板屋蓋結構具有良好的經濟性、耐久性及抗臺風性能，與鋼結構屋蓋相比具有獨特的優勢，可在港口工程的工業建筑中積極推廣使用。

2)雙T板下部支承梁處于雙向受彎狀態，應進行支承梁的面外配筋復核，避免梁配筋偏小。

3)雙T板變截面坡產生的側向推力對其下支承梁和排架柱配筋均有較大的影響，建模計算時應予考慮；雙T板的支座選型和模擬對結構的整體計算有較大影響，建議采用固定鉸支座的設計。

4)邊跨的框排架柱外側有較大的懸挑構件(如雨棚等)時，應注意復核施工期間柱子的傾覆問題，建議懸挑構件的模板在雙T板安裝完畢后再拆除。

5)建議國標圖集適當考慮和補充24 m以上雙T板的結構選型，便于預應力混凝土雙T板在更多跨度類型的工業建筑中的應用和推廣。