混凝土機(jī)械論文 混凝土建筑設(shè)計(jì)論文

混凝土機(jī)械論文混凝土建筑設(shè)計(jì)論文預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樓板設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用摘

要：基于設(shè)計(jì)角度，總結(jié)和闡述了預(yù)應(yīng)力帶肋混凝土疊合板、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板和預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板3種預(yù)制預(yù)應(yīng)力樓板體系的構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施，并給出了相關(guān)工程應(yīng)用案例，可為解決構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理、節(jié)點(diǎn)連接不安全等問題提供參考。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力帶肋混凝土疊合板；預(yù)應(yīng)力混凝土空心板；預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板；節(jié)點(diǎn)構(gòu)造；工程應(yīng)用0

前言2016年2月，我國(guó)明確提出“大力發(fā)展裝配式建筑”的要求，在國(guó)家和地方政策的持續(xù)推動(dòng)下，經(jīng)過6年多的發(fā)展，裝配式建筑相關(guān)的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝不斷涌現(xiàn)，示范項(xiàng)目遍地開花，已成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)與高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑之一。在裝配式建筑中，預(yù)制樓板是最常見的構(gòu)件，其中，鋼筋混凝土桁架疊合板、壓槽型不出筋疊合板、預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板、預(yù)應(yīng)力空心板、預(yù)制預(yù)應(yīng)力雙T板等預(yù)制樓板應(yīng)用最為廣泛。其中，預(yù)應(yīng)力混凝土樓板是將預(yù)應(yīng)力技術(shù)和高強(qiáng)材料結(jié)合應(yīng)用的樓板體系，通過建立包括構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)連接、構(gòu)件生產(chǎn)和運(yùn)輸、施工安裝等環(huán)節(jié)在內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)，有效提高構(gòu)件的生產(chǎn)效率、節(jié)約生產(chǎn)原材料，降低綜合成本，改善產(chǎn)品性能，為市場(chǎng)提供多種類型、不同性能、滿足不同跨度要求、可應(yīng)用在多種場(chǎng)景、更加經(jīng)濟(jì)、施工便捷高效的樓蓋產(chǎn)品。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樓板雖然在我國(guó)得到了快速發(fā)展，但在發(fā)展過程中仍然存在構(gòu)件設(shè)計(jì)不合理、節(jié)點(diǎn)連接不安全等問題。因此，本文結(jié)合多年研發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)預(yù)應(yīng)力帶肋混凝土疊合板、預(yù)應(yīng)力混凝土空心板和預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板3種預(yù)制預(yù)應(yīng)力樓板，闡述其構(gòu)件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和工程應(yīng)用，以期促進(jìn)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樓板的推廣和應(yīng)用。1

預(yù)應(yīng)力混凝土帶肋疊合板1.1

構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)預(yù)應(yīng)力帶肋混凝土疊合板（以下簡(jiǎn)稱“預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板”）是在預(yù)應(yīng)力帶肋底板上后澆混凝土，并在后澆層內(nèi)配置鋼筋形成的疊合板[2]。預(yù)應(yīng)力帶肋底板寬度1.2~2.4m，底板采用統(tǒng)一厚度50mm，底板上表面有凹凸差不小于4mm的粗糙面，預(yù)應(yīng)力筋布置在預(yù)制帶肋疊合板內(nèi)。為提高預(yù)制帶肋疊合板的剛度和疊合板整體性，在預(yù)制帶肋疊合板四等分位置設(shè)置200mm寬的矩形肋（見圖1）。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板具有以下5個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①承載力高。極限承載力可達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的2倍以上；②材料用量節(jié)約。節(jié)省鋼材30%以上；③生產(chǎn)高效。采用預(yù)應(yīng)力一次張拉的長(zhǎng)線臺(tái)座生產(chǎn)工藝，長(zhǎng)線臺(tái)座長(zhǎng)度60~120m，可一次生產(chǎn)15~25塊預(yù)制板（見圖2）；④施工效率高。施工時(shí)免模板、少支撐；⑤使用性能好?？蓪?shí)現(xiàn)較大空間的建筑功能要求。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板適用跨度為3~8m，附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值為3~12kN/m2，適用于住宅、學(xué)校、辦公樓、醫(yī)院等建筑。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮以下2個(gè)工況條件：（1）按放張、脫模和起吊、施工第一階段的工況計(jì)算。（2）按施工第二階段和使用階段的工況計(jì)算。其中，放張時(shí)應(yīng)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板裂縫控制的驗(yàn)算，脫模和起吊時(shí)應(yīng)進(jìn)行承載力和裂縫控制的計(jì)算或驗(yàn)算，施工階段和使用階段應(yīng)進(jìn)行承載力、裂縫控制和撓度控制的計(jì)算。1.2

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造為保障預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板與支承結(jié)構(gòu)的整體性和疊合樓蓋的可靠性，預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板在各支承條件下應(yīng)滿足以下支承長(zhǎng)度和澆筑要求：①當(dāng)擱置在鋼梁上時(shí)，支承長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm；②當(dāng)擱置在預(yù)制混凝土梁上時(shí)，支承長(zhǎng)度不應(yīng)小于80mm，且支座處應(yīng)坐漿找平；③預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板的后澆混凝土與混凝土梁或剪力墻應(yīng)同時(shí)澆筑，底板應(yīng)伸至梁或剪力墻邊。同時(shí)，底板內(nèi)的縱向受力鋼筋在板端宜伸入支座[見圖3（a）、圖3（c）]，為便于生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工，也可采用配置附加鋼筋的方式保證樓面的整體性及連續(xù)性[見圖3（b）、圖3（d）]。當(dāng)混凝土梁或剪力墻未設(shè)置挑耳等支撐時(shí)，可在預(yù)制帶肋疊合板兩端設(shè)置一截鋼筋桁架，以增加底板和后澆層的抗剪和拉結(jié)性能。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板側(cè)邊拼縫宜采用密拼接縫，可采用砂漿抹縫或細(xì)石混凝土灌縫。為提高預(yù)應(yīng)力疊合板拼縫處的抗裂性能，保證拼縫處不發(fā)生剪切破壞，且控制拼縫處裂縫的開展，拼縫處上方應(yīng)設(shè)置拼縫防裂鋼筋[見圖3（e）]。試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：后澆混凝土與預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板板肋可形成一定抗剪效應(yīng)，再結(jié)合拼縫防裂鋼筋、板端負(fù)彎矩鋼筋等加強(qiáng)疊合樓蓋整體性的措施，可保證預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板樓蓋具有良好的整體性。1.3

典型工程應(yīng)用案例一深圳市長(zhǎng)圳公共住房及其附屬工程項(xiàng)目總建筑面積約115萬m2，主要包括5棟103.05m的高層住宅、19棟149.5m的超高層住宅和3所幼兒園（見圖4）。其中，住宅地上部分建筑面積為76萬m2，各棟住宅標(biāo)準(zhǔn)層均采用跨度為6.2~6.4m預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板，應(yīng)用面積約25萬m2，預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板類型為5種，標(biāo)準(zhǔn)化程度高、施工高效（見圖5）。以10#樓為例，由4個(gè)65m2戶型和2個(gè)80m2戶型組成（見圖6）。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板和后澆混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C30和C40。預(yù)應(yīng)力帶肋疊合板沿跨度方向布置11根直徑為9mm的1570級(jí)消除應(yīng)力螺旋肋鋼絲，張拉控制應(yīng)力為預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的0.70倍，樓板荷載設(shè)計(jì)值為6.7kN/m2。2

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板2.1

構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板（以下簡(jiǎn)稱“預(yù)應(yīng)力空心板”）是具有標(biāo)準(zhǔn)化的板厚與寬度，由多個(gè)規(guī)則布置通長(zhǎng)孔洞組成的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心構(gòu)件。一般在長(zhǎng)線臺(tái)支座張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線后，采用干硬性混凝土沖搗和擠壓成型工藝生產(chǎn)（見圖7），生產(chǎn)時(shí)一次成型，主要包含以下5個(gè)工序：鋼絞線張拉；底板擠壓、板肋和面板混凝土澆筑；混凝土搗實(shí)；孔芯成型；板邊嵌鎖式鍵槽成型。預(yù)應(yīng)力空心板具有承載力高、剛度大、跨度大、防火性能好、尺寸誤差小、隔音效果好、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，被建設(shè)部列為重大科學(xué)技術(shù)推廣產(chǎn)品。預(yù)應(yīng)力空心板的適用跨度為6~20m、附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值為5~20kN/m2，適用于商場(chǎng)、禮堂、工廠等跨度較大的建筑。預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：放張、脫模和起吊、施工階段和使用階段工況。其中，當(dāng)考慮預(yù)應(yīng)力空心板疊合層時(shí)，施工階段不設(shè)支撐時(shí)內(nèi)力應(yīng)分以下2個(gè)階段分別計(jì)算：①第一階段：后澆的疊合層混凝土未達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之前，荷載由預(yù)應(yīng)力空心板承擔(dān)，按簡(jiǎn)支構(gòu)件計(jì)算，荷載包括板自重、疊合層自重及施工可變荷載；②第二階段：疊合層混凝土達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之后，疊合構(gòu)件按整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。以下可視為剛性樓蓋進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析：①平面規(guī)則、連接可靠的有疊合層的預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋；②平面長(zhǎng)寬比不大于3，且縱向接縫灌漿鍵槽水平剪應(yīng)力不大于0.4MPa的無疊合層預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋。同時(shí)，為提高樓蓋整體性，宜在板頂澆筑厚度不低于60mm的混凝土，并配置單層雙向通長(zhǎng)鋼筋，按疊合層截面計(jì)算的單向配筋率不應(yīng)低于0.2%。2.2

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造雖然國(guó)內(nèi)對(duì)預(yù)應(yīng)力空心板的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工積累了一定經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)際工程中仍然存在一些關(guān)鍵問題需要解決，尤其是在高層建筑應(yīng)用時(shí)，預(yù)應(yīng)力空心板樓板的整體性和節(jié)點(diǎn)連接安全性尤為被設(shè)計(jì)人員關(guān)注。相關(guān)文獻(xiàn)提出：預(yù)應(yīng)力空心板縱向接縫間水平剪力傳遞應(yīng)考慮：①灌漿鍵槽傳遞；②縱向接縫連接件傳遞；③與縱向接縫垂直的板端鋼筋混凝土構(gòu)件傳遞；④橫向接縫間的剪力應(yīng)通過灌縫或灌孔中的連接鋼筋傳遞。當(dāng)預(yù)應(yīng)力空心板應(yīng)用在高層和超高層建筑時(shí)，為提高樓蓋水平力的傳遞和節(jié)點(diǎn)安全性，結(jié)合試驗(yàn)和工程實(shí)踐，有學(xué)者提出了以下3個(gè)構(gòu)造措施：①在預(yù)應(yīng)力空心板板頂后澆60mm疊合層，疊合層內(nèi)布置直徑8mm、間距200mm的雙向單層通長(zhǎng)鋼筋；②板端空腔內(nèi)放置桁架鋼筋，并用細(xì)石混凝土灌實(shí)；③板縫內(nèi)設(shè)置抗剪構(gòu)造鋼筋，增強(qiáng)預(yù)應(yīng)力空心板與后澆層的抗剪性能（見圖8）。2.3

典型工程應(yīng)用案例二坪山新能源汽車產(chǎn)業(yè)園1~3棟項(xiàng)目位于深圳市坪山區(qū)，總建筑面積約為25萬m2，共有4棟塔樓，項(xiàng)目鳥瞰（見圖9）。其中，1棟和2棟為研發(fā)辦公樓，采用鋼管混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，由鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土核心筒、鋼梁和預(yù)應(yīng)力空心板組成，高度分別為95.6m和86.1m，標(biāo)準(zhǔn)層采用1.2m寬、8.4m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力空心板，空心板板厚200mm、后澆層厚60mm，樓板總厚為260mm。3棟A座和3棟B座為工業(yè)廠房，采用鋼管混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土剪力墻、鋼梁、預(yù)應(yīng)力空心板組成，結(jié)構(gòu)高度分別為91.7m和87.2m，標(biāo)準(zhǔn)層采用1.2m寬、8.4m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力空心板，板厚265mm、后澆層厚60mm，樓板總厚為325mm。為提高樓蓋整體性，除樓電梯間區(qū)域樓板現(xiàn)澆外，在平行于空心板的每個(gè)柱跨設(shè)置1200mm寬的現(xiàn)澆板帶，在空心板與鋼梁搭接板縫處設(shè)置130mm寬的現(xiàn)澆帶，即每個(gè)柱跨內(nèi)的預(yù)應(yīng)力空心板均被后澆板帶或板縫圍箍。1棟研發(fā)辦公樓標(biāo)準(zhǔn)層的建筑平面和樓層預(yù)應(yīng)力空心板布置見圖10。3

預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板3.1

構(gòu)件設(shè)計(jì)要點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板是由板面和兩根高窄的肋梁組合而成的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（以下簡(jiǎn)稱“雙T板”）。其中，面板是位于雙T板上部的鋼筋混凝土平板；肋梁是平行于雙T板縱向軸線，位于面板下部的兩個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土肋。雙T板具有良好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能、明確的傳力層次、簡(jiǎn)潔的幾何形狀，其橫截面受力合理，自重輕、承載力大，是一種可制成大跨度、大覆蓋面積和經(jīng)濟(jì)性較好的承載構(gòu)件。雙T板的適用跨度為8~40m、附加荷載標(biāo)準(zhǔn)值為10~45kN/m2，適用于大跨度、有重載需求的工程，如停車場(chǎng)、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、工業(yè)廠房等。雙T板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮短暫設(shè)計(jì)狀況和持久設(shè)計(jì)狀況。其中，短暫設(shè)計(jì)狀況包括預(yù)應(yīng)力放張、脫模起吊和澆筑疊合層混凝土；持久設(shè)計(jì)狀況包括正截面抗裂、斜截面抗裂、撓度驗(yàn)算、正截面承載力、斜截面承載力和局壓驗(yàn)算。由于脫模、起吊時(shí)的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度較低，且所受荷載較大，故當(dāng)運(yùn)輸、堆放、吊裝的支座或吊點(diǎn)與脫模起吊的吊點(diǎn)位置一致時(shí)，可不再進(jìn)行上述驗(yàn)算。雙T板的縱向、橫向在各工況下的驗(yàn)算，其計(jì)算簡(jiǎn)圖均可視為兩端懸臂的簡(jiǎn)支梁（見圖11）。3.2

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)構(gòu)造雙T板的擱置節(jié)點(diǎn)可根據(jù)構(gòu)件間接觸面的不同分為剛性連接和柔性連接兩種。對(duì)于剛性擱置節(jié)點(diǎn)，需將預(yù)制構(gòu)件及支承構(gòu)件的混凝土局部受壓承載力作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)；對(duì)于柔性擱置節(jié)點(diǎn)，則需根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)對(duì)墊板的性能進(jìn)行驗(yàn)算，包括橡膠墊板受壓承載能力、厚度、轉(zhuǎn)動(dòng)變形、壓縮變形、滑動(dòng)變形、最小擱置長(zhǎng)度和預(yù)留間隙的取值，擱置節(jié)點(diǎn)防護(hù)措施等。當(dāng)大跨度雙T板作為預(yù)制底板時(shí)，由于其高度較大，不能直接擱置在框架梁的挑耳上，需將其端部截面高度減小，從而形成企口端部（見圖12），雙T板跨中受彎承載力和端部企口受剪承載力應(yīng)根據(jù)雙T板材料、荷載和配筋情況進(jìn)行計(jì)算。雙T板在梁端采用企口式構(gòu)造形式時(shí)，連接受力情況復(fù)雜，國(guó)內(nèi)規(guī)范沒有明確的計(jì)算方法，可參考美國(guó)PCI手冊(cè)和文獻(xiàn)提出的企口部位計(jì)算方法，進(jìn)行該部位的配筋設(shè)計(jì)（見圖13）。3.3

典型工程應(yīng)用案例三深汕實(shí)驗(yàn)辦公樓項(xiàng)目位于廣東省汕尾市鵝埠鎮(zhèn)深汕合作區(qū)，建筑面積為5150m2，建筑高度為21.0m（見圖14）。采用裝配式混凝土鉸接框架結(jié)構(gòu)，首層18.2m跨度的雙T板樓面上承受其上三層模塊化鋼結(jié)構(gòu)辦公室的自重和使用階段的活荷載，雙T板樓面的荷載設(shè)計(jì)值為56kN/m2。根據(jù)建筑功能需求，一個(gè)柱網(wǎng)范圍內(nèi)布置了6塊跨度18.2m的雙T板。雙T板寬度2000mm，面板厚度70mm，肋梁高度1300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50。企口長(zhǎng)度200mm，企口上部肋梁高度860mm，肋底部寬度160