淺談預制柱深化設計要點與難點

歐陽征， 溫秋平， 向 鵬， 袁建芬

(四川華西綠舍建筑科技有限公司，四川德陽618000)

進入21世紀以后，基于裝配式建筑自身蘊含的各種優勢，國家與地方政府相繼出臺了一系列有利于推動裝配式建筑發展的政策和標準，極大地促進了裝配式建筑的發展。近年來，隨著建筑行業對項目裝配率要求的不斷提高，預制構件種類呈現出多元化發展的趨勢，在裝配整體式混凝土框架結構中，預制柱對項目裝配率計算分值的貢獻較大且便于生產和安裝，在對項目進行裝配率計算時，經常優先考慮預制柱，如圖1所示。作為項目提高裝配率的產物，目前國內有關預制柱的工程項目并不多且實踐經驗不足，特別是西南地區，還處于研究和探索階段。預制柱相比預制混凝土疊合板，對其進行構件深化設計時需考慮的因素較多，出錯率較高，而其在建筑結構中又占據著重要地位，本文以成都市高新西區某學校項目為契機，對預制柱深化設計的主要流程、難點和易錯點進行歸納總結，以降低后期預制柱深化設計的錯誤率，提升深化設計質量。

圖1 預制柱

1 預制柱深化設計主要流程

1.1 施工圖紙信息梳理匯總

在對預制柱進行深化設計時，需認真閱讀與本項目相關的施工圖紙，提取要點，包括原設計施工圖規定的規范和圖集要求、預制柱抗震等級及混凝土等級、建筑物結構層高、與預制柱相關的建筑結構節點大樣、預制柱的預制范圍、柱平法施工圖和配筋圖、與預制柱相關的結構梁平法施工圖等。應及時與項目建設方或總包單位溝通預制柱重量和吊裝安裝相關事宜，以便調整深化設計方案。在進行信息梳理時需注意的事項：

(1)信息梳理前需與原設計單位或總包單位確認己方收到的設計施工圖紙是否為最終版圖紙，該項目是否有精裝圖紙，以免因圖紙版本問題造成返工而增加不必要的人工成本和導致延誤工期。

(2)需要分樓層梳理預制柱的預制范圍、抗震等級、混凝土等級、截面尺寸和配筋信息，形成報表，以免深化設計時出錯。

(3)在確定預制柱預制范圍時，應考慮結構后澆帶、施工縫和施工圖中某些特殊小說明對預制柱范圍的影響。

(4)根據梳理形成的預制柱報表，對預制柱編號、尺寸及配筋、高度等信息對尺寸配筋相近或趨同的預制柱進行優化，并及時原設計單位或總包單位商討確認最優方案。

(5)在確定預制柱的預制高度時，應特別注意與預制柱相關的梁平法施工圖，尤其關注原位標注和集中標注的異同，同時應考慮建筑或結構降板區域對預制柱高度的影響。對于外框梁需考慮建筑結構大樣或造型因素，如圖2所示。

圖2 建筑結構造型示意(單位:mm)

(6)當預制柱位于樓梯間時需考慮樓梯休息平臺板及樓梯平臺梁的影響，特別注意其縱向鋼筋與預制柱的連接方式，建議樓梯平臺梁與預制柱采用機械連接。

圖3 樓梯間預制柱示意(單位： mm)

(7)在閱讀施工圖和信息梳理過程中，對發現的問題應及時進行整理匯總，并書面文本形式發總包單位或設計單位進行回復確認。

(8)在進行預制柱深化設計前，還應讓總包單位明確預制柱吊裝采用何種器械，初步確定預制柱吊裝方案，避免出現構件超重現象。

1.2 構件歸并

根據前期對預制柱信息的梳理情況，及時與設計單位或總包單位商討預制柱的優化設計方案，從深化設計、生產、施工和成本等角度對預制柱種類進行優化歸并，減少預制構件和模具種類，達到降本增效的目的。

1.3 建立預制柱深化設計模型

根據整理的預制柱信息和優化后的方案圖紙，在深化設計軟件中建立預制柱的深化設計模型，如圖4所示，指定預制柱的預制屬性并輸入相應參數，對預制柱進行深化設計。在深化設計過程中需注意的事項：

(1)整理和優化后的預制柱方案圖應盡量輕量化，刪除不必要的尺寸標注和圖元信息等，以免因深化設計軟件卡頓或文件過大而影響預制柱的建模速度。

(2)模型中的建筑結構軸網布置應與原施工圖一致。

(3)需認真核對預制柱的范圍，確保深化設計軟件中的預制柱與原施工圖要求的預制范圍一致。

(4)需根據前期整理的預制柱信息并配合施工圖認真核對每根預制柱的截面尺寸、配筋信息、連接方式、錨固長度和抗震等級等。

(5)在建預制柱深化設計模型時，為提高效率，可只建與預制柱相關聯的結構梁板、墻體和建筑結構大樣等構件。

圖4 預制柱深化設計模型

1.4 預制柱出圖與圖紙調整

預制柱深化設計模型調整完畢后，應根據前期梳理的預制柱信息進行復核，重點復核預制柱的預制范圍、尺寸及配筋和預留預埋等。無誤后便可對預制柱進行編號，按要求調整圖紙參數和圖紙布局，生成預制柱的平面布置圖和構件詳圖，根據項目要求可生成預制柱構件清單和物料表并導出，以便預制工廠進行備料生產及工程量結算預估。在預制柱出圖與圖紙調整過程中應注意的事項：

(1)預制柱構件詳圖是否齊全且比例適中，預制柱構件編號是否與預制柱平面圖一致。

(2)預制柱構件詳圖說明是否與項目信息相符，所采取的標準規范圖集是否與原設計要求一致。

(3)預制柱構件詳圖中構件配筋下料表是否圖表統一。

(4)預制柱的預埋件編號和圖例是否準確無誤。

(5)預制柱的安裝方向是否缺失。

(6)如總包單位或設計單位對預制柱構件圖圖框有要求時，需按要求調整。

2 預制柱的配筋設計

在預制柱深化設計模型中，根據前期梳理信息，對照柱平法施工圖和配筋大樣圖進行預制柱的配筋設計。包括設置預制柱鋼筋的保護層厚度、抗震等級、直徑和間距、連接形式、錨固長度、灌漿套筒類型和預制柱頂層構造方式選取等。

2.1 預制柱縱筋

應熟悉國家和地方規范要求并認真閱讀施工圖紙，掌握與預制柱縱筋相關的技術要求。預制柱的縱向鋼筋設置在深化設計時需要注意的事項：

(1)預制柱的縱向鋼筋應根據結構結算模型進行歸并且考慮對稱布置，其鋼筋直徑不宜小于20mm。

(2)當預制柱截面尺寸不小于400mm時，預制柱縱筋間距宜控制在200mm以內。

(3)預制柱縱向鋼筋之間的凈間距L,需滿足50mm≤L≤300mm。

(4)矩形柱截面寬度或圓柱直徑不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁寬的1.5倍。

預制柱縱向鋼筋的錨固方式和錨固長度應根據不同抗震等級和原設計施工圖要求進行設置，并滿足國家和地方相關規范和圖集要求。掌握預制邊柱、預制中柱和預制頂層柱的異同，對于預制頂層柱，其縱向鋼筋宜伸出屋面錨固并滿足相應的規范要求。位于頂層中間的預制柱宜采用錨固板錨固，頂層預制邊柱外側鋼筋宜采用搭接連接而內側宜采用錨固板錨固，所有鋼筋連接方式均應滿足規范和圖集要求。

在對預制柱進行深化時，預制柱與預制柱、預制柱與現澆構件、預制柱與樓梯梁及平臺板的鋼筋連接方式應先參考原設計施工圖紙中給定的預制柱節點連接大樣，在滿足規范和圖集要求的前提下應主動對預制柱連接方式的選取進行優化，并注意變截面預制柱、變鋼筋直徑預制柱、預制與現澆層轉換處預制柱的縱向鋼筋上下層連接轉換關系，變截面預制柱如圖5所示。預制邊柱和角柱、預制中柱與變截面預制柱縱向鋼筋構造的選取應滿足規范和圖集要求。

圖5 變截面預制柱

為了更好地指導項目施工和預制柱安裝，宜根據項目情況繪制預制柱轉換層鋼筋定位、預埋件平面布置圖和大樣圖，減少施工時預制柱鋼筋定位不準或安裝不上的風險。

2.2 預制柱箍筋

應熟悉國家和地方規范要求并認真閱讀施工圖紙，掌握與預制柱箍筋相關的技術要求。預制柱的箍筋設置在深化設計時需要注意的事項：

(1)預制柱箍筋直徑和間距應與原施工圖要求一致，特別注意需全高加密的預制柱等。

(2)預制柱兩端箍筋加密區長度宜取500mm、預制柱截面高度和預制柱凈高的1/6中的最大值。底層預制柱下端的箍筋加密區長度不應小于預制柱凈高的1/3。

(3)預制柱箍筋加密區或非加密區的箍筋肢距、拉筋的選型也應滿足規范和圖集要求。

(4)對于采用套筒灌漿進行連接的預制柱，套筒連接區域柱截面剛度及承載力較大，柱塑性鉸區域可能上移，應將套筒連接區域上500mm高度區域內的預制柱箍筋加密。

(5)預制柱箍筋彎鉤端頭平直段長度，非抗震設計時不應小于5d，抗震設計時不應小于10d，d為箍筋直徑。

在檢查預制柱深化設計模型和構件施工圖時，應對預制柱箍筋直徑和間距、加密區長度進行復核，特別注意預制柱上端最后一道箍筋距梁低部距離和預制柱灌漿套筒上端距離最近的那道箍筋均不應大于50mm。

3 預制柱預留預埋

預制柱的水電預留預埋應由專業的水電工程師進行預留預埋點位提取，其他結構性能或輔助埋件應滿足規范要求擇優選取。根據提取的預留預埋點位，在預制柱深化設計模型或圖紙中應逐一體現且確保準確性。預制柱預埋選擇過程中需注意的事項：

(1)在預制柱預埋點位提取前應與總包單位、設計單位和預制構件廠溝通預留預埋的原則和方式等，待商定后由水電工程師根據原施工圖紙提取預制柱的預留預埋點位，并發相關單位進行審核確認，無誤后方可在預制構件中進行布置，以免返工影響效率。

(2)預制柱預埋點位布置時要逐一核對線盒線管、手孔尺寸、脫模和吊裝埋件、斜支撐埋件、排氣孔的選型和定位等。其中對于受力埋件還需對相應工況下的承載力進行驗算，并滿足規范要求。

(3)預制柱應考慮防雷接地的設置，應滿足生產和施工要求，并考慮其可行性。

(4)在進行預制柱灌漿套筒選型時，應先與總包和設計單位溝通，確定灌漿套筒類型。深化設計時需特別注意預制柱縱向鋼筋錨入灌漿套筒的錨入長度不宜小于鋼筋直徑的8倍且應符合灌漿套筒相關產品參數要求，相鄰灌漿套筒間的凈距不應小于25mm，接頭連接鋼筋的強度等級不應高于灌漿套筒規定的連接鋼筋強度等級，接頭連接鋼筋直徑規格應滿足灌漿套筒相應的產品參數要求且不宜小于規定直徑規格一級以上。對于預制邊柱或角柱應綜合考慮生產和施工因素，合理設置出漿孔和注漿孔。

(5)預制柱底部應按照規范和圖集要求設置鍵槽和粗糙面，并注意鍵槽與縱向鋼筋及柱底第一道箍筋的碰撞關系。

4 結論

預制柱深化設計需綜合考慮構件生產、運輸和施工等諸多因素，在深化設計前，及時梳理與預制柱相關的圖紙信息并與總包單位或設計單位進行對接。深化設計時，重點注意預制柱抗震等級、鋼筋配置、灌漿套筒的選型、預留預埋設置和頂層預制柱節點連接等，待預制柱深化設計模型完善后需根據梳理的信息對模型進行復核后才能出圖。預制柱深化設計需要考慮的因素較多，盡量采用多方校核的方式復核預制柱模型或圖紙，減少錯誤率并有效提升圖紙質量，以便更好地指導構件生產與施工。