大众汽车新建车间——预制件的运用

客户案例

预制钢筋梁以及预制檩条
施工第三阶段的预制建筑3D模型
2A生产车间承载结构的完成阶段

2009年4月,大众汽车集团决定扩大其在捷克斯洛伐克的伯拉第斯拉瓦市工厂的生产规模,希望达到年产40万辆汽车的目标,同时还会创造1500个工作岗位。新系列车型的第一批成品将于2011年下线并上市销售。此次产出车辆的成本共计三亿零八百万欧元。

大众集团的生产扩大计划之一就是扩张2A生产车间,即在2A生产车间里新建一个油漆车间。项目的规划及控制工作由客户完成,而大众汽车公司的项目规划部内部会特别成立一个部门供客户工作时使用,这个决定符合当前实施的公司标准和规范。该工程项目的所有任务均以德语和斯洛伐克语双语展示执行——即从投标、签署分包合同、实际施工到竣工验收这一系列的工作均以双语执行完成。2009年8月,斯洛伐克籍首席设计师以及项目设计师Coproject a.s.准备好了2A生产车间的建筑许可证明文件、投标文件以及项目信息存档文件。使用了RIB项目和成本管理软件,所有施工规范都完全采用双语形式编写。

2A生产车间是一座5层建筑,底层地面面积为251.0 m x 60.0 m,设有12.0 m x 12.0 m的方形开间,建筑高度近24.0 m,地基深2.2 m,图一为生产车间的3D模型。

第一规划阶段现浇混凝土框架结构

BF-Partners s.r.o.是一家斯洛伐克的工程公司,其将负责设计车间大楼的承载结构以及现浇混凝土结构框架——附筑6米高的立面墙体。这意味着只需通过一次对外公开招标,工程的各项目就可以全部分包出去。建筑的屋顶结构由肋梁楼板和连续混凝土柱铰接而成。屋顶的承载结构设计为主次梁钢结构体系,并覆以梯形金属板或者传统屋面装饰。

为了保障消防安全、限制结构相互影响、保证建筑牢固度,生产车间工程将被分为三个施工阶段,这样也符合施工的流程。而建在过渡轴线处的柱子还需采用叠加的方法加固。工程师采用了柱下独立基础,如有需要,还要对局部亚表层进行优化,以及在土体断裂点及断层进行土层置换。

施工基本条件

由于工期进度安排十分紧张,因此项目规划、营建许可证、投标以及地基施工将在2009年夏秋间完成,而从2009年冬季开始则开展工程施工工作。在施工同时,项目的其他要求也需要满足,如包括完成详细的施工计划在内的项目执行规划,以及客户其他要求。工程中最重要的是施工作业不能对工厂生产流水线产生影响,而工程的质量必须符合严格的安全标准。

捷克的HSF System a.s.公司中标进行生产车间的建造,成为了工程的总承包商。由于工期十分紧张,为了留有充足时间建造整个预制承载结构,施工工作必须严格按照合同以及工期进度规划来进行。总包商选择了斯洛伐克的预制件生产商Prefa Sůčany a.s.来负责承载结构工程。而项目执行规划则由DeBondt s.r.o., Trencin工程公司负责。由于力的核算属于工程服务的一部分,为了完成将原来的整体框架结构建成真正的装配型预制结构,预制构件生产商必须对整个建设过程进行二次设计,因此项目的规划流程会受到相当大的影响。为了应对规划的新变动,所有预制件将通过公路运输到施工现场,然后在施工现场再利用重型起重机完成组装。

预制建筑完工

DeBondt工程公司于2009年12月开始进行实施规划以及整体工程所需的再设计工作。由于施工作业已于2010年1月时开始,并定于于2010年6月完工,所以规划工作就得和施工作业同时进行。应客户的要求,负责设计原现浇混凝土框架结构的工程师同时也需负责结构分析的监管工作,虽然这点并不在斯洛伐克标准强制规定的范畴之内。总包工程供应商则会负责地基以及在巨型桩和±0.00平面的基础板上竖立柱下基础。

工程将按原计划把建筑的施工作业分为三部分进行,而建筑的楼面尺寸也保持原定不变。在修改后的施工图中,原计划的钢结构屋面被预制预应力混凝土构件所取代;而过渡层由现浇混凝土和预制混凝土板组合而成,并由预制井字梁承托。图2为施工第三阶段的预制建筑3D模型。图3为实际组装的示意图。

竖向承载系统

竖向承载系统由总高为24米的预制柱以及面积为1000/800毫米或 800/800 毫米的矩形横截面组成。所有柱均由筒状混凝土柱脚固定,与2号车间连接的柱子除外。与2号车间连接的柱子由型号为PFEIFER PSF 30的锚杆连接。

工程最具挑战性的工作莫过于工程静力分析以及精简柱子用料,由于唯一的电梯井(6 m x 4 m)不适宜用作支撑核心,所以,柱子就必须要保证建筑结构的水平稳定性。每一楼层的外围支撑由矩形或倒L形截面的预制连续梁组成,工程师可以RIB BEST程序中的静力求解器,借鉴其二阶理论、初始缺陷以及不同的配筋率和张拉端裂缝开展情况的有效刚度三方面的考量,这样也就实现了以最节省的方式保证柱子的稳定性。

工程师们可以通过RIB Rtool软件计算出外围支撑、屋面梁和框架梁传给柱子的支撑荷载。由此,该建筑中的短悬臂梁是用弹性支承和高强度现浇混凝土浆来进行连接的。

水平承载系统

梯形金属屋面的支承结构由24米长,1.4米/1.5米高的预制预应力大梁、12米长,1.2米/1.05米高的预制钢筋次梁,以及12米长,0.65米/0.7米高的V形截面檩条组成。 

综合对建筑总高度限制以及消防条例的考量,工程师们得出的结论是采用长达24米的预应力预制大梁是最能节约成本。工程师们在运用RIB Rtfermo软件进行复杂的预应力大梁静力设计时,软件就已经自动把运输阶段、横向开洞以及非线性翘曲稳定性的影响计算在内了。

设备区过渡层的承载系统由面积为12米X12米的井字梁组成,主梁高1.5米,设有凹槽,次梁高0.95米,梁间隔为3米。楼面由60毫米厚的金属楼板和140毫米的现浇混凝土复合而成。最大混凝土浇筑面积达36mX36m。肋梁栅格处设置了一米宽的伸缩缝,将施工连接一分为二。而在连接的面层需铺设钢筋以抵抗连接两边的收缩应力。最后再现场浇筑伸缩缝。

施工过程中项目组事事谨慎细致,不能掉以轻心,以确保打造精确的细部构造和构件连接。外围支撑的搭建和组合是施工工程的关键之一。外围支撑与屋顶面板结合在一起后,其作用相当于连续梁。Rtbalken程序具有静力分析功能以及主梁和连接尺寸设计功能,因此,即使地板的挠曲值极易受到安装技术限制,设计师们也可以严格地按照其标准来进行控制。此外,外围支撑的扭转荷载也在系统尺寸设计的考量范围之内。

采用材料

预制件由以下材料制成:

混凝土

柱                  C40/50, C50/60

预应力梁         C55/67

钢筋混凝土梁   C50/60

檩条               C50/60

外围支撑         C35/45

井字梁和肋梁   C50/60

楼面主梁         C30/37

钢材

结构钢            B500B (10505 R)

预应力钢束      D15,5 MM, ST1660/1860 

大众车间项目的竣工及评估

尽管紧张的工期进度计划以及规划的必要更改给项目组带来了巨大压力,但预制件生产商Prefa Sucany以及DeBondt工程公司依然成功地实现合同中对建筑限制规范以及使用环境的所有规定。除却2009年末至2010年初那个冬季较为仓促以外,其余时间均按照工期进度表进行施工,施工标准非常高。这座落成于斯洛伐克首都伯拉第斯拉瓦附近的建筑引起了当地传媒的热烈追踪报道。现在看来,当初大部分的建筑构件都使用预制件的决定是无比正确的。由于技术设备会给大楼楼面带来极大荷载,以及建筑在冬季可能会出现各种问题。如果当初未能采用预制建筑构件的方式,总包商几乎不可能在预算不超支的情况下顺利完成工程。

DeBondt公司的工程师们相当有胆量,敢于与预制件生产商签订合同承诺他们所需的钢铁和混凝土的数量就是报价之时计算得到的数字。RIB软件帮助DeBondt公司的工程师们节省了成本,余留下来的资金成为了他们额外的动力去进一步改进工程解决方案。工程师们拥有丰富的专业知识和从业经验,将自身的执事经验和RIB公司的软件系统结合起来后,整个项目成功节省下了350吨钢铁,比起规划初期预计耗费的钢铁原料数量还低了20%。



目标客户>设计、建筑及施工行业>建筑与工程顾问公司>DeBondt

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