2.2 装配式高桩码头标准构件设计及其系列族库

2.2.1 标准构件系列

围绕装配式部件的可生产、可操作、可运输、可拼装性，装配式高桩码头常用的标准构件基本类型，主要包括桩与桩帽、横梁、纵梁、轨道梁和面板。常用的预制横梁、纵梁、轨道梁、预应力轨道梁和面板等标准构件系列可通过标准化设计形成，方便设计人员选用。相应建立的桩、梁、板、节点等标准化系列构件库，为方便查表使用，还应明确标准构件的命名规则和性能标记方式。相应纵梁和轨道梁的预制长度可根据标准排架间距和节点连接情况确定，码头标准排架间距可取7m、8m、9m、10m和12m。标准构件预制面板宜根据面板受力体系、标准排架间距和纵向梁系布置情况确定，预制面板标准跨度可取为3m、4m、5m和6m。

1.标准构件示例——横梁

以常用预制横梁标准构件系列为例，预制长度可选用4m、6m、8m和10m。相应的标准构件横梁的型号、规格和力学性能见表2-1。

其中，常用矩形横梁可根据截面尺寸、预制部分高度、钢筋主筋数量和直径进行标记，截面配筋如图2-1所示。

根据横梁截面宽度和高度、预制部分高度代号、主钢筋数量和直径的不同，定义不同规格的预制横梁型号，标记方式表述如图2-2所示。

2.标准构件示例——纵梁

以常用的预制纵梁标准构件为例，其中预制纵梁长度可根据标准排架间距7m、8m、9m、10m和12m对应选用5m、6m、7m、8m和10m。

其中，常用含牛腿预制纵梁可根据截面尺寸、预制部分高度、钢筋主筋数量和直径进行标记，其中牛腿悬臂高度、宽度和根部高度尺寸分别为250mm、250mm和500mm，截面配筋如图2-3所示。

根据纵梁截面宽度和高度、预制部分高度代号、主钢筋数量和直径的不同，定义不同规格的预制纵梁型号，标记方式表述如图2-4所示。相应的标准构件的型号、规格和力学性能见表2-2。

3.标准构件示例——轨道梁

以常用的标准构件预制轨道梁为例，其中预制纵梁长度可根据标准排架间距7m、8m、9m、10m和12m对应选用5m、6m、7m、8m和10m。

常用含牛腿轨道梁可根据截面尺寸、预制部分高度、钢筋主筋数量和直径进行标记，其中牛腿悬臂高度、宽度和根部高度尺寸分别为250mm、250mm和500mm，截面配筋如图2-5所示。

根据轨道梁截面宽度和高度、预制部分高度代号、主钢筋数量和直径的不同，定义不同规格的预制轨道梁型号，标记方式表述如图2-6所示。相应的标准构件的型号、规格和力学性能见表2-3。

4.标准构件示例——预应力轨道梁

以常用的预应力轨道梁标准构件系列为例，其中预制纵梁长度可根据标准排架间距10m和12m对应选用8m和10m。

常用先张法预应力轨道梁可根据截面尺寸、预制部分高度、预应力及非预应力钢筋主筋数量和直径进行标记，预制截面配筋如图2-7所示。

根据预应力轨道梁截面宽度和高度、预制部分高度代号、预应力及非预应力主钢筋数量和直径的不同，定义不同规格的预应力轨道梁型号，标记方式表述如图2-8所示。相应的标准构件的型号、规格和力学性能见表2-4。

5.标准构件示例——面板

以常用的预制面板标准构件系列为例，预制面板可根据纵向梁系布置优先选用单向板受力体系，预制面板跨为3m、4m、5m和6m，宽度为2m、3m和4m。

常用预制面板可根据面板高度、预制部分高度代号、每延米钢筋主筋数量和直径进行标记，标记方式表述如图2-9所示。相应的标准构件的型号、规格和力学性能见表2-5。

2.2.2 标准构件信息化管理

标准构件采用建筑信息模型进行设计、生产制作和施工安装阶段的编码信息的集中统一管理，其信息模型分类宜符合《水运工程信息模型应用统一标准》（JTS／T 198-1—2019） ^［35］ 的相关规定。标准构件设计阶段的信息编码一般包括基本属性和附加属性，其中基本属性编码应包括构件类型、制作类型、构件规格、配筋形式及数量和力学性能等基本属性，附加属性应包括项目和定位信息。

以信息生产模型为基础，进行标准构件信息的扩展，用于确定标准构件的基本信息，方便施工安装。标准构件生产制作阶段的信息编码，除应包括设计阶段外，还应包括设计阶段信息、生产信息、存储信息和出厂订单信息。标准构件施工阶段的信息编码，除应包括设计阶段和生产制作阶段信息外，还应包括运输信息、施工安装信息和监理信息。施工阶段信息将用于交付业主，方便项目运营、监测和维护。

信息传递与交换是装配式高桩码头数字一体化施工的关键，整个过程需要信息完整、唯一，且信息采集量巨大，来源众多。若没有统一的编码标准或约定，很难实现装配式高桩码头设计、制造、施工的数字一体化。建造全过程信息的完整性、唯一性和规范性是便于标准构件的施工质量控制过程的可追溯性的前提。标准构件的设计阶段、制造和施工阶段的信息应方便及时录入，统一管理。

装配式高桩码头的设计与施工信息模型的交付深度应满足《水运工程设计信息模型应用标准》（JTS／T 198-2—2019） ^［36］ 和《水运工程施工信息模型应用标准》（JTS／T 198-3—2019） ^［37］ 的有关规定。

2.2.3 标准构件设计考虑基本因素

标准构件设计应综合考虑标准构件的使用功能、生产制作、供应方式、信息化管理和经济性等。

2.2.3.1 使用功能

标准构件是指专业化预制工厂预先制作形成的桩、梁、板等系列化产品构件，标明有构件型号、力学性能、质量检验标志、生产单位和生产日期等基本信息。

标准构件应充分考虑承载能力极限状态、正常使用极限状态的使用要求，特别是预制构件应进行施工期的翻转、吊运和安装过程中的结构承载能力极限状态计算，存在孔洞、开槽等情况时，应按现行行业规范的相关规定进行正常使用极限状态验算。此外，标准构件还应进行脱模设计，设计应考虑的荷载包括自重、脱模起吊瞬间的动力效应和脱模时模板与构件表面的吸附力。

结构抗力计算参数的取值应根据施工期的混凝土浇筑龄期和养护条件等因素综合确定。标准构件系列宜控制构件规格品种，并应根据抗力性能进行分级设计。

2.2.3.2 生产制作

标准构件生产过程中的预制精度主要影响因素包括：①选用专业厂商的钢制模具，提高模具加工制造精度；②设置外露钢筋和预埋件的定位工装；③可使用设备自动化定位放样，如机械手喷涂或红外线定位；④具备全自动生产条件的“二维”构件，可使用机械臂全自动生产。

以模块化、标准化理念进行构件深化设计，提高标准产品的应用比例是控制装配式建筑的成本关键，因此标准构件的批量生产应优先重点做好以下工作：①建立高效的供应链体系，缩短配件与模具的备货周期，快速组织生产；②应用混凝土蒸养技术，大幅缩短养护拆模时长，提高模台周转利用率，缩短堆场存储占用周期；③利用市场化资源，建立现代化高效的海、陆物流配送体系。

生产制作过程中如果遇到少量的异形构件，需要进行特殊处理，主要技术措施包括：①使用柔性生产线，具备通用性强，可调节工序节拍的功能，提高异形产品共线生产的效率；②超过常规模台（9m×4m）的大尺寸构件，可使用长线台座生产，配置可移动的工位装备，如移动布料机、移动加罩蒸养装置等，提高生产效率；③在装备设计方面，适当调整布料机机架、蒸养窑等限制构件生产尺寸的设备和配套机架，进行加高加大或设置为可调节尺寸，提高装备适用性。

2.2.3.3 供应方式

面向标准构件的工厂化制造，作为工程建设中相对独立的环节，从供应方式上可分为自建厂生产和对外采购两种方式，主要取决于建设规模、工期、周边市场条件、经济效益等因素。

标准构件的供应方式的基本原则主要包括：

（1）大中型项目：可选择自建工厂生产，并结合在该区域后续市场开发情况，制定基地的建设规模。如中交三航局下属中交印尼工业有限公司以生产PHC管桩为主，辐射东南亚地区的集团公司内外部市场，长年为周边地区的工程建设提供支持。

（2）小型项目：宜优先选择市场化的方式从既有工厂采购构件，经济半径内不具备采购条件的，可选择建设游牧式PC预制场作为项目生产配套设施。

（3）既有工厂的选择：可充分结合当地市场资源和企业内部资源，从工程所在地周边区域直接采购的方式或采用国内工厂制作“少批次、大批量”的配送至海外现场装配。

2.2.3.4 信息化管理和经济性

标准构件的信息化管理的措施包括：

（1）专用管理系统。专业预制工厂建立装配式桩基码头构件专用数字化管理系统，包含钢筋加工管理系统、MES系统、构件生产管理系统等，制定基于数字化技术的生产加工方案、信息管理及运输管理方案。

（2）数据采集。数据采集传输基于物联网和互联网技术，数据载体为RFID标签和二维码技术，采集方式包括工位自动采集和PAD人工手动扫描录入。

（3）数字一体化平台。数据采集传输后，由构件管理系统负责分析处理，并通过数字一体化平台、项目BIM模型与各参建单位进行数据共享和信息处理。

设计前端对于标准构件成本影响是多方面的。直接材料费直接由设计决定，人工费、物流费和模具费由设计为预制厂降成本创造条件。因此，在设计前端要遵循以下四大理念降低制造成本。标准构件的生产制作的经济性主要取决于：①物料规格标准化及物料含量低；②构件外形标准化；③构件工艺复杂度与产线布局适配度高；④标准构件尺寸适宜且装载率高。

专业化预制工厂应重点做好以下四个方面工作：

（1）合理控制预制厂投资。预制厂属重资产投资，动辄上亿元，对目标市场、产业规划、区位选址、工艺技术、装备、风险等方面要进行系统性论证，控制建设规模，避免企业盲目扩张背上沉重的债务负担。

（2）业务多元化、产品多样化。制定主营的产品品类，并结合当地市场重点开发几项副产品，形成有互补性的多元化产品结构。降低工厂折旧与其他管理费在单位产品成本上的摊销。

（3）降低模具费用。通过模数化设计，尽可能多地将定制模具转化为通用模具；增加异形件的台模接触面积，减少用钢量；做好模具的改造再利用和日常保养工作。

（4）降低人工费。依靠设计、预制厂和生产线布局设计的不断协同和调整，提高构件特征和生产工艺的适配度才能真正做到精益生产，不断减少浪费工时，从根本上降低人工费。

2.2.4 标准构件设计流程

标准构件应按照承载能力极限状态、正常使用极限状态的抗力效应进行分级，标准构件系列通常要求严格控制构件规格品种。桩帽、横梁、纵梁、轨道梁、面板、靠船构件和水平横撑等预制构件中的一种或多种可作为非标准构件进行单独设计。

标准构件的设计及其构造要求应符合《码头结构设计规范》 ^［38］ （JTS 167—2018）和《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS 151—2011） ^［39］ 的相关规定。标准构件的制作和存储通常在专业化预制厂完成，其运输和吊运可采用水路运输、陆路运输或水陆联运等方式。混凝土管桩和方桩可选用定型桩基系列产品，其设计与构造应符合《水运工程桩基设计规范》 ^［34］ 等的有关规定。

标准构件系列包括预制横梁、纵梁、轨道梁和面板，常用的标准构件系列主要考虑装配式高桩码头的组合形式、码头结构排架间距、工艺轨距、使用荷载等级等因素制定形成，供设计人员和专业化预制厂等参考使用。

标准构件预应力轨道梁应根据预应力钢筋类别、使用环境确定构件类别，从而确定混凝土拉应力限制系数。标准构件示例预应力轨道梁采用的预应力钢筋为高强螺纹钢筋PSB930，设计抗拉强度较高，可有效节约构件的钢筋用量，提高构件耐久性能。 fjL2vjL9jFEKhIAK2kL4IgWPvg5RvxDiw3kPPU5pM5kl1U4RZ3Ng9SzJxCCNntPg