预制清水混凝土看台板设计研究

时间：2020-08-10 10:43:35 来源：《混凝土与水泥制品》

摘要：针对某大型国际主题公园预制混凝土清水看台板的三折线双台阶、踏步与看台一体化预制形式，从预制方案设计、节点设计、防水设计、构件设计、混凝土配合比设计五方面阐述了看台的具体设计过程，实现了模拟弧形看台，减少看台拼缝的效果，重点解决了内凹踏步构件连接节点和防水设计难题，并保证构件达到清水效果。

关键词：预制清水混凝土看台板；三折线双台阶；Revit软件；看台设计；内凹踏步；防水设计

0 前言

　　21世纪初，预制混凝土清水看台板（以下简称预制看台板）开始在国内应用。近年来，随着国家大力发展装配式建筑、绿色施工要求不断深化，预制看台板应用越来越多，一般规模较大、质量较高的体育场馆大多采用预制看台板，具有代表性的有国家体育场、上海国际赛车场、国家网球中心、深圳大运中心体育馆、天津奥体中心、沈阳奥体中心、天津泰达体育场等。预制看台板具有模板投入小、现场湿作业量少、施工进度快、外型美观、构件耐久性好、社会环境效益好等优点。同时，预制看台板的应用可消除超长结构开裂风险。目前，国内弧形看台预制工程大多采用直线形看台板拼装形式，少数工程采用弧形形式，并且大多数为单台阶预制看台板，只有每层看台首排看台板采用多折线形式。折线型看台弧形模拟难度较低，弧形看台板制作难度大、成本高，单台阶预制看台在工期紧、体量大的工程中工期优势不明显。此外，大部分预制看台工程将踏步板单独预制安装在看台板上，拼缝多且不美观，也不适用于凹踏步看台。因此，为推广预制看台板的应用，需要提出一种既能很好模拟弧形看台、制作成本低、拼缝数量少，适用凹踏步看台的预制看台板设计方法。本文依托某大型国际主题公园预制看台板工程，对三折线多台阶形式的预制看台板进行设计，以期为类似项目提供参考。

1 工程概述

某大型国际主题公园位于北京市通州区，看台区为地上3层结构，首层采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，预制看台板安置在现浇阶梯型斜梁上，屋面为露天钢结构雨棚。

　　看台区面积2 000 m²，可容纳4 196人，分上下两层，共18排，看台效果图见图1。为节约工期，提高工程质量，看台采用预制看台板，包括看台板和踏步板两种类型，构件总数为158块，其中，看台板150块，可移动踏步板8块。看台板长度2~11 m，板重2~12 t。

图1 看台效果图

2 预制看台方案设计

2.1 看台板跨度划分

图2为预制看台板平面示意图，看台建筑方案为扇形，内径30.7 m，外径47.9 m，圆心角171.4 °，踏步均匀分布在看台上。在遵循构件标准化设计、踏步两侧没有拼缝的要求下，结合看台特点预制看台的跨度划分方案如下：沿环向拆分为15跨（13等跨大跨看台板、2等跨小跨看台）板，每跨夹角的布置情况为4.45 °+12.5 °×13+4.45 °，踏步位于相应跨看台板的跨中。看台下相应布置14道现浇阶梯型斜梁，两端剪力墙设置挑板支撑小跨看台板。

图2 预制看台板平面图

2.2 看台板三折线设计

　　看台建筑设计方案为弧形看台，预制弧形看台板生产难度大、成本高、施工工期长。由于看台弧度较小，采用折线代替弧线效果比较差，为更好趋近圆弧看台效果，看台板设计成三折线形式，如图3所示。折点是所夹圆弧的三等分点，圆弧与径向轴线相交的两点、两个折点连接形成三段线，板缝控制在20 mm以内，两侧轴线分别向内偏移10 mm，从而组成看台板外轮廓。

图3 预制看台板三折线图

2.3 看台板双台阶与踏步设计

　　为减少拼缝，提高整体美观性，每两步台阶作为一块预制看台板进行预制，踏步与看台板设计为一个整体。两步台阶都按照三折线进行设计，踏步位于中间直线段，如图4所示，看台板主要包括无踏步看台板和有踏步看台板。疏散平台以下为外凸踏步样式，疏散平台以上为内凹样式，首个内凹踏步为三步踏步，构造形式比较复杂，其他凹踏步均为两步踏步，看台板为三折线双台阶形式。看台疏散平台以上为内凹踏步，局部为内凹两阶踏步，疏散平台以下为凸踏步。

图4 预制看台踏步样式

3 看台板节点设计

3.1 典型看台板节点

　　预制清水看台板与现浇结构通过氯丁橡胶垫块传递竖向力，通过销栓连接抵抗水平力，满足看台板在水平地震作用下的抗剪承载力设计要求。上下相邻看台板连接设置 4 个抗剪连接件。同时，可提高相邻看台板的协同受力性能。上下相邻看台板长度方向按照间距不大于 1.2 m 均匀设置氯丁橡胶支垫，满足看台板均匀传力要求。垫块采用尺寸为180 mm×120 mm×20 mm 的可调整氯丁橡胶支座，板与板搭接处用 80 mm×80 mm×10 mm 橡胶垫块，每 1 m 一个均匀支垫在下层看台肋梁上，橡胶垫块与下层结构衔接部分，置于结构层上。连接节点形式如图5所示。

3.2 内凹踏步看台板节点

　　休息平台以上为内凹踏步，以踏步面做为上下看台的连接面，需要在下部看台上设置挑板，如图6所示，首个三阶内凹踏步，有3个踏步面，以第2个踏步面作为上下连接面。此外需要设置板接缝的防水企口构造，在挑板处设置两个销栓连接件，提高挑板稳定性。板缝采用防水材料进行封堵。

3.3 接缝防水节点

　　看台靠近特技表演水池，演员与观众互动会有大量水射向看台，而且室外看台容易溅入雨水。由于房间有净高要求，看台下功能房间不能设置现浇屋面板，因此，预制看台防水难度大。13SG364 《预制清水混凝土看台板》规定屋面至少要有两道防水，板面为一道结构防水。因此，看台板板面需要加一层柔性防水，板缝处需要做两道防水。

　　板缝分水平缝和竖直缝，水平板缝采用多道材料防水和企口构造防水，如图7所示。竖直缝采用防水和排水两道防水设计，板缝处用聚脲和聚氨酯两道封堵形成一道防水，预制板和现浇梁形成的空隙用聚氨酯密封胶和聚氨酯防水涂膜封堵形成一道排水，如有渗漏将水有组织地排出。板面采用涂刷聚脲防水涂料防水，为防止积水看台板板面设置1%坡度。

4 构件设计

4.1 结构设计

　　本工程按单台阶看台进行结构设计。受力模型按照简支梁进行，活荷载标准值取3.5 kN/m²，附加恒荷载（吊挂荷载）取0.5 kN/m²，结构重要性系数取1.1。正常使用状态下，最大裂缝宽不超过0.15 mm，挠度不超过L/300。凹踏步会降低看台梁的高度，因此，看台板梁高度从踏步处有效高度开始算起，梁底拉平。看台板采用HRB400钢筋，梁保护层厚度25 mm，板保护层厚度20 mm。

4.2 细部构造

　　看台板构件的外露阳角采用10 mm×10 mm倒角，外露阴角采用R20圆角，可提高美观和防止观众磕碰。由于踏步处较复杂只设置阳角为倒角，不设置圆角。踏步竖直侧壁设置10 mm坡度，防止脱模损坏踏步角。梁上板下设置企口，起到构造防水作用。

4.3 预留预埋设计

　　看台下为水处理机房和办公用房，设备和管线、精装隔墙和吊顶众多。由于预制看台板板厚较小，打入胀栓或射钉容易造成开裂，需在板内预留埋件。

看台板内预埋件用途分两类，第一类为看台板连接、脱模反转、吊装用预埋件。为保证构件清水效果和平整度，采用反打工艺生产。该构件设置脱模和反转用内丝套筒，配合两用吊具，利用埋件可完成脱模和反转，经受力计算规格为M32，脱模和翻转过程详见图8。吊装用内丝套筒埋件，经受力计算规格为M24，用于生产和安装。构件设置安装孔和连接埋件，用于和上部看台板、看台板与现浇斜梁的连接。具体规格布置需要符合13SG364 规范要求、满足受力要求。

　　第二类是为其他专业预埋件。包括预埋栏杆安装钢板、预埋精装吊顶M8内螺母、预埋门框钢板、预埋机电管线支吊架滑槽、预埋M8内螺母等电位接地盘、预埋踏步灯预埋线管和线盒。经统计，看台500 m²范围预埋件数量共1 798个，分布密集。为便于后续施工管理，预埋M8内螺母包括自带黄色和蓝色两种，分别代表装饰和机电专业。

看台板为双台阶三折线，外形复杂，预埋件众多，采用CAD进行设计效率低，易出错。因此，采用Revit进行看台板构件深化设计，深化图内容主要包括构件模板图、配筋图、钢筋表、埋件表。考虑预埋件，构件共99种类型；不考虑预埋件，构件种类共计41种，具体分类见表1。

5 混凝土配合比设计

　　预制看台板混凝土设计强度C40，抗渗等级P6，坍落度控制在（140±20）mm。混凝土配合比设计符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》的规定。采用P·O 52.5R水泥；砂含泥量要严格控制在2.5%以内，细度模数在2.4~2.6之间；石子选用低碱活性5~25 mm碎石，小于5 mm石子不超过10%，含泥量控制在1%以内，孔隙率控制在40%以内；减水剂采用MA-10和MZ-A复配。具体配合比见表2。生产过程中严格控制砂石的含泥、泥块、杂物及有机物含量。混凝土应进行试配，确定其表观颜色。构件生产过程采用同一批次水泥、骨料、外加剂，并且采用统一养护标准，采用水性脱模剂。为提高构件表观质量和早期强度，混凝土中不掺加矿物掺合料。预制混凝土看台板构件生产过程和产品见图9、图10。

6 结语

此大型国际主题公园预制看台板设计重点研究了三折线双台阶、踏步与看台整体预制的预制看台方案设计、节点设计、基于Revit软件的深化设计，有效实现了弧形看台效果，减少了看台板拼缝，解决了内凹踏步看台板设计难题。经过混凝土配合比适配，可使预制看台板构件达到清水混凝土效果。通过充分的设计准备工作，构件生产和安装顺利完成，取得了良好的技术经济性，可为类似工程的施工提供参考。

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