停车楼项目PC结构应用及其设计模式探索

停车楼项目PC结构应用及其设计模式探索

杜晓宇李媛赵培韩壮何金生

中国航天建设集团有限公司北京100071

摘要：在国外停车楼作为城市和交通规划的重要功能性建筑应用普遍，采用预制结构建造比比皆是。PC停车楼项目采用全预制装配式结构，将PC结构的设计研发、应用拓宽了领域。参数化设计作为建筑信息化的重要一环，可以提高建筑设计中迭代的速度和设计准确率。

关键词：预制装配式建筑；停车楼；参数化设计

汽车的快速发展，给我们的生活和工作带来了许多方便，另一方面由于道路基础设施配套建设、交通规划、城市规划发展滞后等实际情况，造成了上下班堵车、节假日堵车等交通拥堵现象。其实，在这日益严重的“行车难”“停车难”问题之下也蕴藏着巨大市场和商机，兴建停车场既可以为车辆提供车位、缓解社会矛盾，又能获得较好的收益。[1]现阶段我国预制混凝土结构的发展仅局限在住宅、办公等小开间建筑中，在建筑领域的其它方面并未涉及。而国外欧美等发达国家，对预制混凝土结构的应用早已延伸至公共建筑领域，特别是停车楼建筑中。

《预制混凝土结构技术规程》JGJ1-2014已于2014年10月实施，相比JGJ1-91，这版修订扩大了适用范围，增加了构件连接技术要求等内容。但现阶段规程只针对装配整体式结构设计的指导，对全装配式混凝土结构节点连接设计涉及尚少。采用预制装配式混凝土结构建造是一种实现建筑工业化的有效途径，构件的标准化设计是在设计阶段对整个项目成本进行有利控制的重要阶段。停车楼建筑PC构件间较多采用干式连接方式，施工便捷，效率高；停车楼PC结构体系较多采用墙-板体系、框架体系，水平构件较多采用SP板、双T板，构件的标准化程度很高。

1.项目简介

一汽技术中心停车楼建筑采用全预制装配式结构体系，建设地点位于吉林省长春市。

停车楼地上结构为预制装配式结构体系，占地面积：11583.04m2，总建筑面积：78834.64m2，东西宽103.975m，南北长132.40m，地上7层，局部地下1层，地下层高5.5m，一层层高为4.5m，二~七层层高为3.2m，建筑高度：23.70m。建筑为矩形平面，分为南北两部分，南北两楼平面布置基本对称，采用预制装配式钢筋混凝土结构，两楼由端部过街楼在五~七层连为一体，过街楼采用现浇钢筋混凝土框架结构体系。各层均为停车用房。总停车数量：无障碍车位8个，大巴车位10个，自行车位90个，标准车位（小型车、微型车）2400个。

本项目预制构件总数为3580块。主要构件为墙板和预应力双T板构件。其中预制预应力双T板数量:1740块，最重双T板为15吨，主要类型为17.5m跨度标准构件。墙、梁、柱、楼梯数量为1840块。其中墙板1200块，倒T梁118块，楼梯48块，L梁330块柱子144块，墙板的主要类型为2.3m长度标准构件，其余构件均为标准构件。

2.结构设计思路

PC停车楼类结构的节点设计有别于“节点整浇”的预制结构，这类结构竖向构件间、水平构件间、竖向构件和水平构件之间的节点主要以干式连接为主。本文预制停车楼项目竖向构件采用套筒灌浆连接，水平构件间及竖向与水平构件之间的节点主要采用由螺栓连接和焊接连接组成的专用连接器，根据不同部位的节点，选用不同的连接器。节点设计灵活，传力明确。

装配整体式预制结构设计思路

项目采用与“节点现浇”预制结构设计不同的思路，当前预制结构设计的模式与现浇结构结构略有不同，实质仍是现浇结构设计计算，其模式可以概括为现浇设计，预制拆分。这种节点现浇模式（即装配整体式结构）的设计布置大致如下，完成装配整体式设计施工图后，根据深化设计原则，对构件进行PC拆分后，用于工厂加工制作。

PC停车楼项目直接采用设计PC结构施工图，不再进行拆分设计。这种模式的结构施工图已经将构件划分并编号，具有不同类型构件配筋大样图、结构节点做法图、埋件图、连接器做法图等，而深化图只需将构件配筋放样用于生产。

PC停车楼类结构施工图较前述模式有所改进，增加了构件编号、单个构件大样图、剖面图，为下一步工厂构件深化设计提供了更具体的要求和更明确的施工指导，也减轻了构件深化设计的工作量。

PC停车楼类结构构件较大且重，竖向构件采用两层一构件拆分。水平构件预制预应力双T板跨度17.5m，重达15吨；基本墙构件长厚高为2.3m×0.3m×6.4m，重达11t。停车楼结构施工不同于普通建筑，吊装过程需考虑各个构件安放、衔接等问题，工程建设中的塔式起重机的灵活度显然满足不了此类结构的施工，而汽车起重机、履带式起重机移动性好、灵活度高，非常适宜此类结构构件吊装作业。

本项目也在探索BIM设计，采用Dynamo来实现该停车楼的参数化设计，以使设计高效。

3.BIM参数化设计应用

提起参数化生成设计，人们更多会联想到其美学上的识别性，即有序复杂的优雅和无缝流动感[2]，Dynamo是基于Revit的参数化编程软件，Revit的建模理念是建筑由各个族构成，而装配式建筑也是由各预制构件组成。因而，相对于其他编程软件，Dynamo具有三个优势：一是可以通过程序直接调用Revit族并改变族实例参数（包括某个参数的数值和用0/1控制的族中组件的可见性）；二是编程结果直接生成Revit三维模型，模型也可在Revit中修改，确定后直接出施工图；三是Revit还可以自动统计不同类型预制构件的数量，以实现向下游工厂无缝传递信息。

停车楼一层生成逻辑

停车楼参数化生成逻辑：

①双T板翼缘长度为0~600mm，梁间距为1200mm；

②每块墙板的宽度与其支撑的双T板宽度一致；

③墙板上牛腿的位置与双T板两个梁底的位置一致；

④停车楼东西两端非坡道部分是固定不变的，坡道长度是可变的，但坡度不超过5%。

分析理顺停车楼的一层生成逻辑如图，2~3层、4~5层和6~7层与一层

生成逻辑一致，不赘述。

规范中要求斜楼板式汽车库楼板坡度不应大于5%[2]，为保证输入任意长度时，能将不满足长度要求的值排除出去，编程时将输入的长度值与层高对应的坡道长度及两端头非坡道部分长度之和相较取大值。

通过等差数列确定坡道上每个双T板上表皮中心位置，而后将其旋转与坡度相同的角度，此时可得出：

由此编程得出每块墙板上牛腿的位置，且可以随坡度变化而变化。

为了使预制构件信息实现建筑设计与厂家制作的完整对接，需要确保构件细部的准确性。比如，在建筑建模过程中，双T板与梁搭接时的处理方式是用布尔运算减掉双T板上二者的交集，这样两个构件紧挨在一起，没有缝隙，与实际有构件缝隙不符。为解决该问题，可通过参数控制双T板下的企口位置，实现虚拟与现实的完全一致。

尽管目前预制构件厂家还需要将三维模型转化为二维图纸后才能制作构件，但在未来3D打印的大趋势下，虚拟模型的100%真实将发挥更大的作用。

4.小结

PC停车楼项目建筑方案是基于美国停车楼的模式进行设计。在国外停车楼作为城市和交通规划的重要功能性建筑应用普遍，采用预制结构建造比比皆是。现阶段我国停车楼功能建筑占城市建筑的比例较低，在建造上采用钢结构或现浇混凝土结构。本项目参数化设计作为建筑信息化的重要一环，可以提高建筑设计中迭代的速度和设计准确率。将PC结构的设计研发、应用拓宽了领域。本项目结构分析及研究证明，结构能满足正常使用情况下承载力的要求，同时也能满足我国抗震规范对结构体系的各项要求，符合“三水准”抗震设防目标，即：小震不坏、中震可修、大震不倒。

参考文献

[1]张浩川，闾琳日本停车场行业发展给中国的启示[J].JSKJ，2007.06:78-79

[2]NeilL，YuanPF.ScriptingtheFuture[M].上海:同济大学出版社,2012.