浅谈预制柱深化设计要点与难点

欧阳征， 温秋平， 向 鹏， 袁建芬

(四川华西绿舍建筑科技有限公司，四川德阳618000)

进入21世纪以后，基于装配式建筑自身蕴含的各种优势，国家与地方政府相继出台了一系列有利于推动装配式建筑发展的政策和标准，极大地促进了装配式建筑的发展。近年来，随着建筑行业对项目装配率要求的不断提高，预制构件种类呈现出多元化发展的趋势，在装配整体式混凝土框架结构中，预制柱对项目装配率计算分值的贡献较大且便于生产和安装，在对项目进行装配率计算时，经常优先考虑预制柱，如图1所示。作为项目提高装配率的产物，目前国内有关预制柱的工程项目并不多且实践经验不足，特别是西南地区，还处于研究和探索阶段。预制柱相比预制混凝土叠合板，对其进行构件深化设计时需考虑的因素较多，出错率较高，而其在建筑结构中又占据着重要地位，本文以成都市高新西区某学校项目为契机，对预制柱深化设计的主要流程、难点和易错点进行归纳总结，以降低后期预制柱深化设计的错误率，提升深化设计质量。

图1 预制柱

1 预制柱深化设计主要流程

1.1 施工图纸信息梳理汇总

在对预制柱进行深化设计时，需认真阅读与本项目相关的施工图纸，提取要点，包括原设计施工图规定的规范和图集要求、预制柱抗震等级及混凝土等级、建筑物结构层高、与预制柱相关的建筑结构节点大样、预制柱的预制范围、柱平法施工图和配筋图、与预制柱相关的结构梁平法施工图等。应及时与项目建设方或总包单位沟通预制柱重量和吊装安装相关事宜，以便调整深化设计方案。在进行信息梳理时需注意的事项：

(1)信息梳理前需与原设计单位或总包单位确认己方收到的设计施工图纸是否为最终版图纸，该项目是否有精装图纸，以免因图纸版本问题造成返工而增加不必要的人工成本和导致延误工期。

(2)需要分楼层梳理预制柱的预制范围、抗震等级、混凝土等级、截面尺寸和配筋信息，形成报表，以免深化设计时出错。

(3)在确定预制柱预制范围时，应考虑结构后浇带、施工缝和施工图中某些特殊小说明对预制柱范围的影响。

(4)根据梳理形成的预制柱报表，对预制柱编号、尺寸及配筋、高度等信息对尺寸配筋相近或趋同的预制柱进行优化，并及时原设计单位或总包单位商讨确认最优方案。

(5)在确定预制柱的预制高度时，应特别注意与预制柱相关的梁平法施工图，尤其关注原位标注和集中标注的异同，同时应考虑建筑或结构降板区域对预制柱高度的影响。对于外框梁需考虑建筑结构大样或造型因素，如图2所示。

图2 建筑结构造型示意(单位:mm)

(6)当预制柱位于楼梯间时需考虑楼梯休息平台板及楼梯平台梁的影响，特别注意其纵向钢筋与预制柱的连接方式，建议楼梯平台梁与预制柱采用机械连接。

图3 楼梯间预制柱示意(单位： mm)

(7)在阅读施工图和信息梳理过程中，对发现的问题应及时进行整理汇总，并书面文本形式发总包单位或设计单位进行回复确认。

(8)在进行预制柱深化设计前，还应让总包单位明确预制柱吊装采用何种器械，初步确定预制柱吊装方案，避免出现构件超重现象。

1.2 构件归并

根据前期对预制柱信息的梳理情况，及时与设计单位或总包单位商讨预制柱的优化设计方案，从深化设计、生产、施工和成本等角度对预制柱种类进行优化归并，减少预制构件和模具种类，达到降本增效的目的。

1.3 建立预制柱深化设计模型

根据整理的预制柱信息和优化后的方案图纸，在深化设计软件中建立预制柱的深化设计模型，如图4所示，指定预制柱的预制属性并输入相应参数，对预制柱进行深化设计。在深化设计过程中需注意的事项：

(1)整理和优化后的预制柱方案图应尽量轻量化，删除不必要的尺寸标注和图元信息等，以免因深化设计软件卡顿或文件过大而影响预制柱的建模速度。

(2)模型中的建筑结构轴网布置应与原施工图一致。

(3)需认真核对预制柱的范围，确保深化设计软件中的预制柱与原施工图要求的预制范围一致。

(4)需根据前期整理的预制柱信息并配合施工图认真核对每根预制柱的截面尺寸、配筋信息、连接方式、锚固长度和抗震等级等。

(5)在建预制柱深化设计模型时，为提高效率，可只建与预制柱相关联的结构梁板、墙体和建筑结构大样等构件。

图4 预制柱深化设计模型

1.4 预制柱出图与图纸调整

预制柱深化设计模型调整完毕后，应根据前期梳理的预制柱信息进行复核，重点复核预制柱的预制范围、尺寸及配筋和预留预埋等。无误后便可对预制柱进行编号，按要求调整图纸参数和图纸布局，生成预制柱的平面布置图和构件详图，根据项目要求可生成预制柱构件清单和物料表并导出，以便预制工厂进行备料生产及工程量结算预估。在预制柱出图与图纸调整过程中应注意的事项：

(1)预制柱构件详图是否齐全且比例适中，预制柱构件编号是否与预制柱平面图一致。

(2)预制柱构件详图说明是否与项目信息相符，所采取的标准规范图集是否与原设计要求一致。

(3)预制柱构件详图中构件配筋下料表是否图表统一。

(4)预制柱的预埋件编号和图例是否准确无误。

(5)预制柱的安装方向是否缺失。

(6)如总包单位或设计单位对预制柱构件图图框有要求时，需按要求调整。

2 预制柱的配筋设计

在预制柱深化设计模型中，根据前期梳理信息，对照柱平法施工图和配筋大样图进行预制柱的配筋设计。包括设置预制柱钢筋的保护层厚度、抗震等级、直径和间距、连接形式、锚固长度、灌浆套筒类型和预制柱顶层构造方式选取等。

2.1 预制柱纵筋

应熟悉国家和地方规范要求并认真阅读施工图纸，掌握与预制柱纵筋相关的技术要求。预制柱的纵向钢筋设置在深化设计时需要注意的事项：

(1)预制柱的纵向钢筋应根据结构结算模型进行归并且考虑对称布置，其钢筋直径不宜小于20mm。

(2)当预制柱截面尺寸不小于400mm时，预制柱纵筋间距宜控制在200mm以内。

(3)预制柱纵向钢筋之间的净间距L,需满足50mm≤L≤300mm。

(4)矩形柱截面宽度或圆柱直径不宜小于400mm，且不宜小于同方向梁宽的1.5倍。

预制柱纵向钢筋的锚固方式和锚固长度应根据不同抗震等级和原设计施工图要求进行设置，并满足国家和地方相关规范和图集要求。掌握预制边柱、预制中柱和预制顶层柱的异同，对于预制顶层柱，其纵向钢筋宜伸出屋面锚固并满足相应的规范要求。位于顶层中间的预制柱宜采用锚固板锚固，顶层预制边柱外侧钢筋宜采用搭接连接而内侧宜采用锚固板锚固，所有钢筋连接方式均应满足规范和图集要求。

在对预制柱进行深化时，预制柱与预制柱、预制柱与现浇构件、预制柱与楼梯梁及平台板的钢筋连接方式应先参考原设计施工图纸中给定的预制柱节点连接大样，在满足规范和图集要求的前提下应主动对预制柱连接方式的选取进行优化，并注意变截面预制柱、变钢筋直径预制柱、预制与现浇层转换处预制柱的纵向钢筋上下层连接转换关系，变截面预制柱如图5所示。预制边柱和角柱、预制中柱与变截面预制柱纵向钢筋构造的选取应满足规范和图集要求。

图5 变截面预制柱

为了更好地指导项目施工和预制柱安装，宜根据项目情况绘制预制柱转换层钢筋定位、预埋件平面布置图和大样图，减少施工时预制柱钢筋定位不准或安装不上的风险。

2.2 预制柱箍筋

应熟悉国家和地方规范要求并认真阅读施工图纸，掌握与预制柱箍筋相关的技术要求。预制柱的箍筋设置在深化设计时需要注意的事项：

(1)预制柱箍筋直径和间距应与原施工图要求一致，特别注意需全高加密的预制柱等。

(2)预制柱两端箍筋加密区长度宜取500mm、预制柱截面高度和预制柱净高的1/6中的最大值。底层预制柱下端的箍筋加密区长度不应小于预制柱净高的1/3。

(3)预制柱箍筋加密区或非加密区的箍筋肢距、拉筋的选型也应满足规范和图集要求。

(4)对于采用套筒灌浆进行连接的预制柱，套筒连接区域柱截面刚度及承载力较大，柱塑性铰区域可能上移，应将套筒连接区域上500mm高度区域内的预制柱箍筋加密。

(5)预制柱箍筋弯钩端头平直段长度，非抗震设计时不应小于5d，抗震设计时不应小于10d，d为箍筋直径。

在检查预制柱深化设计模型和构件施工图时，应对预制柱箍筋直径和间距、加密区长度进行复核，特别注意预制柱上端最后一道箍筋距梁低部距离和预制柱灌浆套筒上端距离最近的那道箍筋均不应大于50mm。

3 预制柱预留预埋

预制柱的水电预留预埋应由专业的水电工程师进行预留预埋点位提取，其他结构性能或辅助埋件应满足规范要求择优选取。根据提取的预留预埋点位，在预制柱深化设计模型或图纸中应逐一体现且确保准确性。预制柱预埋选择过程中需注意的事项：

(1)在预制柱预埋点位提取前应与总包单位、设计单位和预制构件厂沟通预留预埋的原则和方式等，待商定后由水电工程师根据原施工图纸提取预制柱的预留预埋点位，并发相关单位进行审核确认，无误后方可在预制构件中进行布置，以免返工影响效率。

(2)预制柱预埋点位布置时要逐一核对线盒线管、手孔尺寸、脱模和吊装埋件、斜支撑埋件、排气孔的选型和定位等。其中对于受力埋件还需对相应工况下的承载力进行验算，并满足规范要求。

(3)预制柱应考虑防雷接地的设置，应满足生产和施工要求，并考虑其可行性。

(4)在进行预制柱灌浆套筒选型时，应先与总包和设计单位沟通，确定灌浆套筒类型。深化设计时需特别注意预制柱纵向钢筋锚入灌浆套筒的锚入长度不宜小于钢筋直径的8倍且应符合灌浆套筒相关产品参数要求，相邻灌浆套筒间的净距不应小于25mm，接头连接钢筋的强度等级不应高于灌浆套筒规定的连接钢筋强度等级，接头连接钢筋直径规格应满足灌浆套筒相应的产品参数要求且不宜小于规定直径规格一级以上。对于预制边柱或角柱应综合考虑生产和施工因素，合理设置出浆孔和注浆孔。

(5)预制柱底部应按照规范和图集要求设置键槽和粗糙面，并注意键槽与纵向钢筋及柱底第一道箍筋的碰撞关系。

4 结论

预制柱深化设计需综合考虑构件生产、运输和施工等诸多因素，在深化设计前，及时梳理与预制柱相关的图纸信息并与总包单位或设计单位进行对接。深化设计时，重点注意预制柱抗震等级、钢筋配置、灌浆套筒的选型、预留预埋设置和顶层预制柱节点连接等，待预制柱深化设计模型完善后需根据梳理的信息对模型进行复核后才能出图。预制柱深化设计需要考虑的因素较多，尽量采用多方校核的方式复核预制柱模型或图纸，减少错误率并有效提升图纸质量，以便更好地指导构件生产与施工。