混凝土機械論文 混凝土建筑設計論文

混凝土機械論文混凝土建筑設計論文預制預應力混凝土樓板設計關(guān)鍵技術(shù)與應用摘

要：基于設計角度，總結(jié)和闡述了預應力帶肋混凝土疊合板、預應力混凝土空心板和預應力混凝土雙T板3種預制預應力樓板體系的構(gòu)件設計要點和節(jié)點構(gòu)造措施，并給出了相關(guān)工程應用案例，可為解決構(gòu)件設計不合理、節(jié)點連接不安全等問題提供參考。關(guān)鍵詞：預應力帶肋混凝土疊合板；預應力混凝土空心板；預應力混凝土雙T板；節(jié)點構(gòu)造；工程應用0

前言2016年2月，我國明確提出“大力發(fā)展裝配式建筑”的要求，在國家和地方政策的持續(xù)推動下，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)，示范項目遍地開花，已成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級與高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑之一。在裝配式建筑中，預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、預應力帶肋疊合板、預應力空心板、預制預應力雙T板等預制樓板應用最為廣泛。其中，預應力混凝土樓板是將預應力技術(shù)和高強材料結(jié)合應用的樓板體系，通過建立包括構(gòu)件設計、節(jié)點連接、構(gòu)件生產(chǎn)和運輸、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，為市場提供多種類型、不同性能、滿足不同跨度要求、可應用在多種場景、更加經(jīng)濟、施工便捷高效的樓蓋產(chǎn)品。預制預應力混凝土樓板雖然在我國得到了快速發(fā)展，但在發(fā)展過程中仍然存在構(gòu)件設計不合理、節(jié)點連接不安全等問題。因此，本文結(jié)合多年研發(fā)設計和實施經(jīng)驗，針對預應力帶肋混凝土疊合板、預應力混凝土空心板和預應力混凝土雙T板3種預制預應力樓板，闡述其構(gòu)件設計、節(jié)點構(gòu)造和工程應用，以期促進預制預應力混凝土樓板的推廣和應用。1

預應力混凝土帶肋疊合板1.1

構(gòu)件設計要點預應力帶肋混凝土疊合板（以下簡稱“預應力帶肋疊合板”）是在預應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]。預應力帶肋底板寬度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，預應力筋布置在預制帶肋疊合板內(nèi)。為提高預制帶肋疊合板的剛度和疊合板整體性，在預制帶肋疊合板四等分位置設置200mm寬的矩形肋（見圖1）。預應力帶肋疊合板具有以下5個優(yōu)點：①承載力高。極限承載力可達到設計荷載的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。采用預應力一次張拉的長線臺座生產(chǎn)工藝，長線臺座長度60~120m，可一次生產(chǎn)15~25塊預制板（見圖2）；④施工效率高。施工時免模板、少支撐；⑤使用性能好?？蓪崿F(xiàn)較大空間的建筑功能要求。預應力帶肋疊合板適用跨度為3~8m，附加荷載標準值為3~12kN/m2，適用于住宅、學校、辦公樓、醫(yī)院等建筑。預應力帶肋疊合板設計時應主要考慮以下2個工況條件：（1）按放張、脫模和起吊、施工第一階段的工況計算。（2）按施工第二階段和使用階段的工況計算。其中，放張時應進行預應力帶肋疊合板裂縫控制的驗算，脫模和起吊時應進行承載力和裂縫控制的計算或驗算，施工階段和使用階段應進行承載力、裂縫控制和撓度控制的計算。1.2

關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)造為保障預應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，預應力帶肋疊合板在各支承條件下應滿足以下支承長度和澆筑要求：①當擱置在鋼梁上時，支承長度不應小于50mm；②當擱置在預制混凝土梁上時，支承長度不應小于80mm，且支座處應坐漿找平；③預應力帶肋疊合板的后澆混凝土與混凝土梁或剪力墻應同時澆筑，底板應伸至梁或剪力墻邊。同時，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）]。當混凝土梁或剪力墻未設置挑耳等支撐時，可在預制帶肋疊合板兩端設置一截鋼筋桁架，以增加底板和后澆層的抗剪和拉結(jié)性能。預應力帶肋疊合板側(cè)邊拼縫宜采用密拼接縫，可采用砂漿抹縫或細石混凝土灌縫。為提高預應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，拼縫處上方應設置拼縫防裂鋼筋[見圖3（e）]。試驗研究和工程實踐經(jīng)驗表明：后澆混凝土與預應力帶肋疊合板板肋可形成一定抗剪效應，再結(jié)合拼縫防裂鋼筋、板端負彎矩鋼筋等加強疊合樓蓋整體性的措施，可保證預應力帶肋疊合板樓蓋具有良好的整體性。1.3

典型工程應用案例一深圳市長圳公共住房及其附屬工程項目總建筑面積約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，各棟住宅標準層均采用跨度為6.2~6.4m預應力帶肋疊合板，應用面積約25萬m2，預應力帶肋疊合板類型為5種，標準化程度高、施工高效（見圖5）。以10#樓為例，由4個65m2戶型和2個80m2戶型組成（見圖6）。預應力帶肋疊合板和后澆混凝土強度等級分別為C30和C40。預應力帶肋疊合板沿跨度方向布置11根直徑為9mm的1570級消除應力螺旋肋鋼絲，張拉控制應力為預應力鋼筋強度標準值的0.70倍，樓板荷載設計值為6.7kN/m2。2

預應力混凝土空心板2.1

構(gòu)件設計要點預應力混凝土空心板（以下簡稱“預應力空心板”）是具有標準化的板厚與寬度，由多個規(guī)則布置通長孔洞組成的先張法預應力混凝土空心構(gòu)件。一般在長線臺支座張拉預應力鋼絞線后，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)時一次成型，主要包含以下5個工序：鋼絞線張拉；底板擠壓、板肋和面板混凝土澆筑；混凝土搗實；孔芯成型；板邊嵌鎖式鍵槽成型。預應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，被建設部列為重大科學技術(shù)推廣產(chǎn)品。預應力空心板的適用跨度為6~20m、附加荷載標準值為5~20kN/m2，適用于商場、禮堂、工廠等跨度較大的建筑。預應力空心板的設計應考慮：放張、脫模和起吊、施工階段和使用階段工況。其中，當考慮預應力空心板疊合層時，施工階段不設支撐時內(nèi)力應分以下2個階段分別計算：①第一階段：后澆的疊合層混凝土未達到強度設計值之前，荷載由預應力空心板承擔，按簡支構(gòu)件計算，荷載包括板自重、疊合層自重及施工可變荷載；②第二階段：疊合層混凝土達到強度設計值之后，疊合構(gòu)件按整體結(jié)構(gòu)計算。以下可視為剛性樓蓋進行結(jié)構(gòu)整體分析：①平面規(guī)則、連接可靠的有疊合層的預應力空心板樓蓋；②平面長寬比不大于3，且縱向接縫灌漿鍵槽水平剪應力不大于0.4MPa的無疊合層預應力空心板樓蓋。同時，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鋼筋，按疊合層截面計算的單向配筋率不應低于0.2%。2.2

關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)造雖然國內(nèi)對預應力空心板的設計、生產(chǎn)和施工積累了一定經(jīng)驗，但實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用時，預應力空心板樓板的整體性和節(jié)點連接安全性尤為被設計人員關(guān)注。相關(guān)文獻提出：預應力空心板縱向接縫間水平剪力傳遞應考慮：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通過灌縫或灌孔中的連接鋼筋傳遞。當預應力空心板應用在高層和超高層建筑時，為提高樓蓋水平力的傳遞和節(jié)點安全性，結(jié)合試驗和工程實踐，有學者提出了以下3個構(gòu)造措施：①在預應力空心板板頂后澆60mm疊合層，疊合層內(nèi)布置直徑8mm、間距200mm的雙向單層通長鋼筋；②板端空腔內(nèi)放置桁架鋼筋，并用細石混凝土灌實；③板縫內(nèi)設置抗剪構(gòu)造鋼筋，增強預應力空心板與后澆層的抗剪性能（見圖8）。2.3

典型工程應用案例二坪山新能源汽車產(chǎn)業(yè)園1~3棟項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、鋼梁和預應力空心板組成，高度分別為95.6m和86.1m，標準層采用1.2m寬、8.4m長的預應力空心板，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、預應力空心板組成，結(jié)構(gòu)高度分別為91.7m和87.2m，標準層采用1.2m寬、8.4m長的預應力空心板，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柱跨設置1200mm寬的現(xiàn)澆板帶，在空心板與鋼梁搭接板縫處設置130mm寬的現(xiàn)澆帶，即每個柱跨內(nèi)的預應力空心板均被后澆板帶或板縫圍箍。1棟研發(fā)辦公樓標準層的建筑平面和樓層預應力空心板布置見圖10。3

預應力混凝土雙T板3.1

構(gòu)件設計要點預應力混凝土雙T板是由板面和兩根高窄的肋梁組合而成的先張法預應力混凝土構(gòu)件（以下簡稱“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預應力混凝土肋。雙T板具有良好的結(jié)構(gòu)力學性能、明確的傳力層次、簡潔的幾何形狀，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、附加荷載標準值為10~45kN/m2，適用于大跨度、有重載需求的工程，如停車場、商場、倉庫、工業(yè)廠房等。雙T板的設計應考慮短暫設計狀況和持久設計狀況。其中，短暫設計狀況包括預應力放張、脫模起吊和澆筑疊合層混凝土；持久設計狀況包括正截面抗裂、斜截面抗裂、撓度驗算、正截面承載力、斜截面承載力和局壓驗算。由于脫模、起吊時的構(gòu)件混凝土強度較低，且所受荷載較大，故當運輸、堆放、吊裝的支座或吊點與脫模起吊的吊點位置一致時，可不再進行上述驗算。雙T板的縱向、橫向在各工況下的驗算，其計算簡圖均可視為兩端懸臂的簡支梁（見圖11）。3.2

關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)造雙T板的擱置節(jié)點可根據(jù)構(gòu)件間接觸面的不同分為剛性連接和柔性連接兩種。對于剛性擱置節(jié)點，需將預制構(gòu)件及支承構(gòu)件的混凝土局部受壓承載力作為設計要點；對于柔性擱置節(jié)點，則需根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品手冊對墊板的性能進行驗算，包括橡膠墊板受壓承載能力、厚度、轉(zhuǎn)動變形、壓縮變形、滑動變形、最小擱置長度和預留間隙的取值，擱置節(jié)點防護措施等。當大跨度雙T板作為預制底板時，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根據(jù)雙T板材料、荷載和配筋情況進行計算。雙T板在梁端采用企口式構(gòu)造形式時，連接受力情況復雜，國內(nèi)規(guī)范沒有明確的計算方法，可參考美國PCI手冊和文獻提出的企口部位計算方法，進行該部位的配筋設計（見圖13）。3.3

典型工程應用案例三深汕實驗辦公樓項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板樓面的荷載設計值為56kN/m2。根據(jù)建筑功能需求，一個柱網(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，混凝土強度等級C50。企口長度200mm，企口上部肋梁高度860mm，肋底部寬度160