(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200002)

前言

近些年來，我國大力推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展。2016年國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，明確指出，要“大力發(fā)展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，在具備條件的地方倡導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，提高技術(shù)水平和工程質(zhì)量，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。”《住房城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)“十三五”規(guī)劃綱要》的主要目標(biāo)要求，到2020年裝配式建筑面積占城鎮(zhèn)新建建筑面積的比例達(dá)到15%以上。

裝配式建筑成為我國未來建筑發(fā)展的主要方向。預(yù)制混凝土樓蓋作為裝配式建筑的主要構(gòu)件和組成部分，不僅承擔(dān)豎向荷載，還起到傳遞水平地震作用，增強(qiáng)裝配式建筑的整體性，提高裝配式建筑的抗震能力，起著至關(guān)重要的作用。目前，裝配式建筑工程中常采用的預(yù)制混凝土樓蓋主要有SP空心板、雙T板、桁架鋼筋混凝土疊合板等。

SPANCRETE預(yù)應(yīng)力混凝土空心板[1-2]，由美國SPANCRETE機(jī)械制造公司于1952年創(chuàng)制，生產(chǎn)線采取的工藝為干硬式混凝土沖搗和擠壓成型工藝，可連續(xù)大批量疊層生產(chǎn)，不需模板，不需蒸汽養(yǎng)護(hù)，一次成型，簡稱為SP空心板。1993年，我國從美國福霖公司引進(jìn)SP板產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)，已先后引進(jìn)了20多條SP預(yù)應(yīng)力空心板的生產(chǎn)線，主要分布在北京、天津、山東、河南等省。

圖1 SP空心板示意圖

雙T板[3-5]的概念最初是由Harry Edwards提出的，主要應(yīng)用在車庫和工業(yè)廠房中。我國在1958年開始引進(jìn)并應(yīng)用雙T板。上世紀(jì)70年代，我國雙T板主要用于電力、油田工程中，并由編制了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集CG432； 1978年，國內(nèi)第一棟雙T板體系工業(yè)廠房建成。目前雙T板在我國主要用于各種工業(yè)廠房，并在一些公共建筑中有所應(yīng)用，主要用作屋面板，部分工程中也作為樓面板使用。

桁架鋼筋混凝土疊合板在日本得到了廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)研究較晚。2006年，劉軼等[6]通過對(duì)桁架鋼筋混凝土疊合板的荷載試驗(yàn)，研究了桁架鋼筋混凝土疊合板系統(tǒng)在施工階段和正常使用階段的剛度和極限承載能力，驗(yàn)證了施工階段疊合板的理論計(jì)算模型。2007年，陳日濤[7]通過ANSYS研究分析了鋼筋桁架的上下弦軸心距離和鋼筋桁架腹桿直徑對(duì)該種疊合板短期剛度的影響。2013年，馬蘭[8]在桁架鋼筋混凝土疊合板的基礎(chǔ)上，提出了帶肋鋼筋桁架混凝土疊合樓板，相對(duì)于普通鋼筋桁架混凝土疊合板可以做到更大跨度，建筑平面布局靈活，適用性強(qiáng)。

圖2 雙T板預(yù)制構(gòu)件

圖3 桁架筋疊合板

目前，以上三種預(yù)制樓板研究已比較成熟。但關(guān)于三種預(yù)制樓板的比較分析以及適用性研究仍然較少，實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)師在比較方案、選用樓板時(shí)仍然會(huì)產(chǎn)生困惑。因此，本文重點(diǎn)從受力性能、計(jì)算方法等方面，梳理、總結(jié)三種類型的預(yù)制樓板，并給出工程案例，幫助解決預(yù)制樓板選用問題，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 受力性能與計(jì)算方法

1.1 受力性能

(1)SP空心板

SP空心板主要采用細(xì)石混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絞線以及預(yù)應(yīng)力筋制成，受力方式為單向受力。預(yù)制板頂部作適當(dāng)處理，可與頂部后澆混凝土共同組成疊合樓板，可增強(qiáng)樓板剛度，提高房屋結(jié)構(gòu)整體性。在我國，SP空心板的標(biāo)準(zhǔn)厚度為100、120、150、180、200、250、300和380mm，最大跨度已達(dá)到18m。

唐山地震和汶川地震中，SP樓板倒塌造成嚴(yán)重傷亡。倒塌的主要原因是這些預(yù)制板多浮擱在磚墻上，沒有按規(guī)范要求采取任何連接構(gòu)造措施，地震時(shí)往往沒有約束的墻體倒塌后，引起擱置在墻上的預(yù)制板墜落。因此，為保證SP空心板良好的抗震性能以及房屋結(jié)構(gòu)整體性，必須采取有效的連接構(gòu)造措施。SP空心板典型連接構(gòu)造做法[2]如圖4所示。

(a)與砌體墻連接

(b)與混凝土梁連接

(c)與鋼梁連接圖4 SP空心板典型連接構(gòu)造做法

(2)雙T板

雙T板由面板和兩根肋組成，其面板既可以作為橫向承重構(gòu)件，又可以作為縱向承重肋的受壓區(qū)，單向受力。雙T板有等截面和雙坡變截面兩種，跨度相對(duì)比較大，最大可以達(dá)到30m以上； 板肋一般可以做到寬100mm，高度700mm甚至更高； 面板則薄而寬，一般為50mm厚，寬可以達(dá)到2.4m。

雙T板在受力的過程中，混凝土的受壓高度一般都會(huì)在板面以內(nèi)或者接近面板，受拉鋼筋的力臂會(huì)比較大。雙T板體型簡潔美觀，傳力路線明確，通用性強(qiáng)，跨度大，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

雙T板主要連接構(gòu)造方式[9]如圖5所示。

(a)板端焊接連接

(b)板端螺栓連接圖5 雙T板典型連接構(gòu)造做法

(3)桁架鋼筋混凝土疊合板

桁架鋼筋混凝土疊合板，包括預(yù)制層和疊合層。預(yù)制層，由鋼筋桁架網(wǎng)及其下部的混凝土層組成，鋼筋桁架主要由下弦鋼筋、上弦鋼筋和連接兩者的腹桿鋼筋組成。疊合層，位于預(yù)制層上部，其內(nèi)埋設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)連接預(yù)制層鋼筋桁架的上弦鋼筋，并與預(yù)制層鋼筋桁架的上弦鋼筋、腹桿鋼筋現(xiàn)澆成一體。施工時(shí)不需要模板和支撐，在實(shí)際應(yīng)用中，該板型跨度較小，多用于民用住宅建筑。

桁架鋼筋混凝土疊合板可以做成單向板，也可以做成雙向板，具有疊合樓板的“二階段”受力特點(diǎn)。施工階段由預(yù)制混凝土與鋼筋桁架共同承受濕混凝土現(xiàn)澆層的重量以及施工荷載，使用階段由預(yù)制部分與后澆疊合層形成整體共同承受后期各種荷載[10]。鋼筋桁架上、下弦鋼筋參與受力計(jì)算，腹桿鋼筋主要作為構(gòu)造措施，提高疊合面的抗剪承載力[11]。

桁架鋼筋混凝土疊合板主要連接構(gòu)造方式[12]如圖6所示。

(a)板與混凝土梁連接

(b)板與剪力墻連接圖6 桁架鋼筋混凝土疊合板典型連接構(gòu)造做法

1.2 計(jì)算方法

(1)SP空心板

SP空心板受彎承載力按照工字型截面，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。為了保證SP空心板的破壞極限彎矩，與板的開裂彎矩之間有一定的間距，防止板在破壞前缺乏明顯預(yù)兆，板的受彎承載力設(shè)計(jì)值宜控制為：

Mu/ψm≥Mcr

(1)

Mu/ψm≥Mcr=(1.5ftk+σpc)W0

(2)

式中，Mu為板受彎承載力設(shè)計(jì)值，Mcr為板開裂彎矩值，ψm為板受彎承載力折減系數(shù)0.9，ftk為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，σpc為扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土預(yù)壓應(yīng)力，W0為預(yù)制構(gòu)件換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩。

SP空心板中沒有剪力鋼筋和橫向分布鋼筋，無法直接采用現(xiàn)行規(guī)范中的計(jì)算公式。因此，SP空心板受剪承載力計(jì)算方法，是根據(jù)國內(nèi)外試驗(yàn)資料與我國現(xiàn)行規(guī)范中的計(jì)算公式對(duì)比，乘以折減系數(shù)而形成的。

實(shí)際工程中，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求，根據(jù)圖集《SP預(yù)應(yīng)力空心板》05SG408[2]中的允許荷載表選擇適當(dāng)?shù)腟P板。如表1所示，為SP15C、SP15D板的允許荷載表。

(2)雙T板

雙T板的承載能力極限狀態(tài)計(jì)算、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

由中國建筑科學(xué)研究院主編的《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》系列圖集[9， 13-14]，包括三部分：《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(坡板寬度2.4m)》06SG432-1、《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(平板，寬度2.0m、2.4m、3.0m)》09SG432-2、《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(坡板寬度3.0m)》08SG432-3，是我國雙T板工程應(yīng)用的主要依據(jù)。設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)荷載限值按以上圖集中的表格選用雙T板。如表2所示，為螺栓肋鋼絲雙T坡板選用表。

表1 SP15C、SP15D板允許荷載表

表2 螺栓肋鋼絲雙T坡板選用表

(3)桁架鋼筋混凝土疊合板

目前，國內(nèi)對(duì)于桁架鋼筋混凝土疊合板受力性能研究比較多，包括抗彎性能、抗剪性能以及剛度等[15-17]。桁架鋼筋混凝土疊合板由于施工過程產(chǎn)生了二次受力，其受力過程較為復(fù)雜。經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)[18]，疊合面的粗糙處理和桁架鋼筋的穿越能夠保證新舊混凝土共同工作，可以認(rèn)為預(yù)制層與疊合層作為整體共同受力。

本節(jié)依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010[19]要求，按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，將預(yù)制層與疊合層作為整體進(jìn)行計(jì)算，參考SP板選用表形式，針對(duì)圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板》15G366-1[20]制作出桁架鋼筋混凝土疊合板單向板選用表。如表3所示，為DBD67-xx12-x桁架鋼筋混凝土單向疊合板選用表。

表3 DBD67-xx12-x桁架鋼筋混凝土單向疊合板選用表

2 工程案例

(1)SP空心板

SP空心板在國內(nèi)學(xué)校以及公共建筑中的應(yīng)用情況，根據(jù)《預(yù)制預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)》[21]整理匯總?cè)缦卤?所示。從表中可以看出，SP空心板多用于混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)，主要跨度在6～9.6m范圍內(nèi)，最大可達(dá)到18m。

(2)雙T板

上?！邦厴蛉f達(dá)廣場”項(xiàng)目[22]，是國內(nèi)首個(gè)雙T板大型商業(yè)廣場項(xiàng)目，位于上海市閔行區(qū)都市路與顓興東路交接處，北臨六磊塘，東臨居住區(qū)。地上建筑面積約10.3萬m2，地上4層(局部5層)，主屋面高度為20.9m，局部影廳屋面高度為23.75m。

(a)疊合樓板拼縫詳圖 (b)疊合樓板桁架筋詳圖 (c)疊合樓板與剪力墻連接詳圖 (d)疊合樓板與梁連接詳圖圖7 23#樓桁架鋼筋混凝土疊合板詳圖

序號(hào)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式工程面積(m2)SP板跨度(m)1虎振學(xué)院框架結(jié)構(gòu)50007～92保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院框架結(jié)構(gòu)60008-14.53北京12中框架結(jié)構(gòu)90007.2-94北京工商大學(xué)框架結(jié)構(gòu)5000125北京洋橋職業(yè)學(xué)校框架結(jié)構(gòu)200096河北大學(xué)框架結(jié)構(gòu)160007.2-8.47天津45中框架結(jié)構(gòu)80008.78天津理工學(xué)院框架結(jié)構(gòu)120008.59天津醫(yī)科大學(xué)框架結(jié)構(gòu)30009.610北京城外誠鋼框架結(jié)構(gòu)500007-911金五星批發(fā)市場鋼框架結(jié)構(gòu)400005.9-712經(jīng)開萬佳國際酒店市場鋼框架結(jié)構(gòu)6000613大紅門服裝城鋼框架結(jié)構(gòu)20000814金五星商貿(mào)集團(tuán)綜合購物廣場鋼框架結(jié)構(gòu)7000715廊坊金龍家具城鋼框架結(jié)構(gòu)100007.6-1316香河華匯家具城鋼框架結(jié)構(gòu)90004.5-817百利威倉儲(chǔ)物流鋼框架結(jié)構(gòu)2000006.3-18

2～4層標(biāo)準(zhǔn)層選用了預(yù)制雙T板疊合板。標(biāo)準(zhǔn)跨度8.1m(軸線8.4m，支承梁寬300mm)，板寬為2.7m，肋距1.50m，肋高450mm，疊合層厚度60mm，標(biāo)準(zhǔn)板塊重量5噸左右。設(shè)計(jì)前期，對(duì)雙T疊合板和桁架鋼筋混凝土疊合板+次梁兩種預(yù)制方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，結(jié)果表明在同樣的樓蓋面積下，雙T板方案每平方造價(jià)比桁架鋼筋混凝土疊合板低15%左右，同時(shí)構(gòu)件總數(shù)大幅減少，沒有疊合次梁頂筋和主次梁節(jié)點(diǎn)的安裝作業(yè)，施工效率高。

(3)桁架鋼筋混凝土疊合板

上海市浦東新區(qū)惠南鎮(zhèn)17-11-05/11-11-08地塊的23#樓，為上海市工業(yè)化住宅示范樓。房屋建筑面積9 801.51m2，地上13層，地下1層，建筑高度41.9m。采用疊合板式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系，樓板采用桁架鋼筋混凝土疊合樓板，預(yù)制率達(dá)到30%。

桁架鋼筋混凝土疊合板主要尺寸有2500×5820、1800×3820、1140×2320、2320×2520等，疊合板預(yù)制層厚50mm，采用C35混凝土，現(xiàn)澆層厚70mm、90mm、130mm，采用C30混凝土。本項(xiàng)目疊合樓板詳圖如圖7所示。

3 結(jié)論

本文重點(diǎn)梳理總結(jié)了工程中常用SP空心板、雙T板和桁架鋼筋混凝土疊合板的受力性能、計(jì)算方法以及在工程中的應(yīng)用情況。

(1)雙T板跨度最大，可以達(dá)到30m； SP空心板跨度次之，跨度多為6～9.6m范圍內(nèi)，最大可達(dá)到18m； 桁架鋼筋混凝土疊合板跨度較小，在2.7～4.2m之間。

(2)SP空心板比較靈活，適用范圍廣，可用于學(xué)校、商場、廠房、倉庫等建筑； 雙T板跨度較大，多用于工業(yè)廠房、商場等大空間建筑； 桁架鋼筋混凝土疊合板多用于裝配式民用住宅建筑。

(3)當(dāng)保證節(jié)點(diǎn)構(gòu)造可靠連接時(shí)，三種預(yù)制樓板均具有很好的抗震性能，可以保證房屋的整體抗震性能。

(4)參考SP板選用表形式，針對(duì)圖集《桁架鋼筋混凝土疊合板》15G366-1制作出桁架鋼筋混凝土疊合板單向板選用表，可供設(shè)計(jì)參考。

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