新型預應力鋼纖維密肋復合樓蓋的特點及應用

肖光發

(中鐵一局電務工程有限公司，陜西西安 710054)

0 引言

新型復合墻板結構是隨著我國墻體及住宅體系改革而發展起來的一種新型結構形式，具有抗震性能好，節能效果好，施工速度快等優點，目前已得到國家建設部鑒定并成為重點推廣的新型結構體系之一。但是目前新型復合墻板結構主要應用于小跨度結構，而且樓板主要采用傳統的鋼筋混凝土平板結構，在受力、保溫隔熱及抗震性能方面存在著一定的缺陷，這也成為阻礙該新型復合墻板結構進一步應用與發展的重要因素。

本文首先對大跨結構中常用的預應力密肋樓蓋存在的問題進行了敘述，然后根據存在的問題提出了一種新型的密肋復合樓蓋，并對其組成、特點等進行介紹，為該結構體系的應用和推廣打下基礎。

1 預應力密肋樓蓋結構的缺點

1.1 模板費用高

最初密肋樓蓋模板主要采用鋼模板、木模板、鋼筋混凝土模板以及玻璃模板，但是由于模板價格高導致模板系統的一次性投入很大，而且模板與混凝土較易粘結，施工比較困難。20世紀70年代塑料模殼的出現促進了密肋樓蓋結構的發展與應用，目前應用較多的是玻璃鋼模板和聚丙烯塑料模板，但是仍然存在模板系統投入較大的問題，并且模板規格較少，導致在設計時肋間距、肋高及肋寬等都受到了一定的制約，結構布置不靈活，從而使得設計人員的設計積極性不高，制約了此類結構的應用和推廣。

1.2 支撐復雜

密肋樓蓋由于肋梁數量大、間距小，所以施工程序復雜，支模拆模的工作量非常大，不但增大了施工階段的人力物力支出，而且延長了工期，這也限制了施工單位推廣和使用密肋樓蓋結構的積極性。

1.3 結構延性降低

采用預應力密肋樓蓋，能夠減小結構的撓度，限制裂縫的出現和延展，提高結構在正常使用狀態下的結構性能。此外，采用預應力可減小肋梁及樓板的截面高度，這不但降低結構的層高及總高，提高結構抗震性能，而且能明顯提高結構的經濟效益。對預應力混凝土密肋樓蓋，為減小預應力損失，需要混凝土具有高強高彈性模量及快硬早強等特點，但高強混凝土材料與普通混凝土相比更脆、延性更差[1，2]。此外，采用預應力限制了結構截面的轉動能力，從而使結構的彎曲延性降低。因此，預應力密肋樓蓋的延性較低、結構耗能能力變差。為保證結構的延性性能，很多國家規范一般通過采取控制結構的預應力度的措施，這雖然對保證結構延性起到了一定積極的作用，但也限制了預應力作用的充分發揮。

1.4 節能效果差

樓蓋是結構重要的圍護構件，與非預應力密肋樓蓋相比，預應力鋼筋混凝土密肋樓蓋截面更小、樓板更薄，從而降低了建筑物的保溫隔熱性能，這個問題在我國北方廣大地區尤其突出，這不符合我國提出大力加強建筑節能的要求。

1.5 計算成本高

密肋樓蓋尤其是工程中應用廣泛的多跨連續鋼筋混凝土密肋樓高，超靜定次數高，計算公式及過程比較復雜，計算比較復雜。采用計算機軟件計算時，與普通平板樓蓋相比，建模工作量大，計算成本相對較高。

因此，預應力密肋樓蓋主要存在模板及支撐系統復雜，施工及設計成本高，延性較低，預應力利用不充分，節能效果差等缺點，針對以上問題本文將鋼纖維與高強混凝土進行材料的復合、密肋樓蓋與輕質填充砌塊及預應力技術進行結構形式的復合，將材料、工藝與結構形式有機的結合在一起，提出了一種新型的預應力高強鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋結構。

2 預應力高強鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋結構形式

預應力高強鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋的復合主要體現在兩個方面:一方面將鋼纖維摻加到高強混凝土中組成高強鋼纖維混凝土，是材料的復合;另一方面，將普通密肋樓蓋結構與輕質填充砌塊及預應力技術相結合，是結構形式上的復合。該復合樓蓋主要由高強鋼纖維混凝土肋梁與板、輕質填充砌塊及預應力鋼筋組成，其結構形式如圖1所示。

在高強混凝土材料中添加鋼纖維，主要有以下幾個方面的作用[3-6]:

1)添加鋼纖維能夠明顯提高混凝土的抗拉、抗彎及抗剪強度，但對混凝土抗壓強度提高幅度不大;

2)添加鋼纖維能夠明顯提高結構的變形性能、延性、塑性及韌性性能，改善預應力導致的結構延性的降低;

3)由于鋼纖維和混凝土間的粘結力可以吸收能量，所以鋼纖維混凝土的比剛度、比強度以及自振頻率增大，從而提高了樓蓋的抗震性能和耗能能力;

4)添加鋼纖維可以提高結構的抗裂性，延緩裂縫的出現和開展。因此，利用鋼纖維對混凝土的增強增韌及阻裂作用，可解決預應力混凝土密肋樓蓋延性差、預應力利用不充分等缺陷。

在肋間填充輕質砌塊，對結構進行結構形式的復合，可解決樓蓋模板與支模拆模復雜等缺點。結構中樓板及其肋梁是結構的受力構件，特別是肋梁要承受彎矩、剪力甚至扭矩的作用，受力情況比較復雜，因此采用高強鋼纖維混凝土。輕質填充砌塊采用摻加泡沫塑料的輕質混凝土砌塊，該輕質砌塊抗拉強度不高但是具有一定的抗壓強度，保證其不會在施工階段由于人員在上面走動導致破壞。

3 預應力高強鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋的特點

該樓蓋結構實現了材料的復合和結構形式的雙重復合，解決了普通預應力密肋樓蓋在延性、施工復雜、預應力利用不充分等方面的不足，具有以下特點:

1)利用鋼纖維對高強混凝土的增強增韌作用提高密肋樓板的承載力、延性及耗能性能，從而可以提高結構的整體受力性能。

2)輕質砌塊在施工的時候可以作為肋梁的側模，利用普通的模板就可以施工，這樣施工單位不需要重新購置模板，減小了在模板上的一次性投入，提高了模板的利用率。此外，由于該新型樓蓋在形式上與普通平板樓蓋相同，減少了施工過程中復雜的支模與拆模的工作量，節省了人力物力，加快了施工進度。但是，輕質填充砌塊位于受拉區，所以可以將砌塊的側面做毛或者做成鋸齒形以提高填充砌塊與肋梁以及樓板間的粘結強度，提高結構的整體性能。

3)本結構采用在混凝土中添加泡沫塑料形成的輕質砌塊，泡沫塑料的使用減少了其對環境的污染，同時泡沫塑料也減輕了砌塊的重量并提高了其保溫隔熱性能，這正好能夠彌補密肋樓蓋由于截面尺寸變小樓板變薄導致的保溫隔熱性能差的缺陷，起到了廢物利用和建筑節能的雙重作用。

4)由于使用了高強混凝土和預應力技術，樓板的截面尺寸變小從而導致樓板平面內的剛度變小，而在肋梁間填充砌塊可以提高樓板平面內的剛度，保證地震作用下荷載的順利傳遞，從而提高建筑物的整體性能。

5)由于與普通混凝土相比鋼纖維混凝土的延性和抗裂強度明顯提高，因此設計時可以適度的提高結構的預應力度，在保證結構延性的基礎上，更好的發揮預應力的作用，提高結構的經濟性。

6)添加鋼纖維明顯提高了混凝土的抗裂性能，因此預應力鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋具有自防水的功能，就避免了在屋頂上單獨設置防水層，這可降低結構因設置防水層產生的重量，能減少防水材料、施工及后期維修方面的費用，提高了結構的綜合效益。

雖然添加鋼纖維增加了在鋼纖維材料以及施工機械方面的支出，但節約了在模板購買、支模拆模施工、防水層材料及施工等方面的費用，并且提高了結構的整體性、延性及抗震性等性能，因此從建筑物的建造和整個使用周期綜合考慮經濟效益十分顯著，具有良好的市場前景和應用空間。

4 結語

1)本文根據實際工程中存在的問題將預應力技術、密肋樓蓋結構形式、鋼纖維材料、輕質填充砌塊等有機的結合，從材料和結構形式兩個方面進行了復合，提出了一種新型的預應力高強鋼纖維混凝土密肋復合樓蓋。2)該樓蓋集良好的受力性能、延性性能、保溫隔熱及自防水、抗震性能等于一身，具有廣闊的市場前景。

[1] 宋玉蒲.新型預應力混凝土結構[M].北京:機械工業出版社，2005.

[2] 沈蒲生.樓蓋結構設計原理[M].北京:科學出版社，2003.

[3] 黃承奎.纖維混凝土結構[M].北京:機械工業出版社，2004.

[4] R.Szilard.板的理論和分析[M].北京:中國鐵道出版社，1984.

[5] Samir A.Ashour，Khalid Mahmood，Faisal F.Wafa.Influnce of Steel Fiber and Compression Reinforcement on Deflection of High-Strength Concrete Beams[J].ACI Structure Journal，1997，94(6):611-621.

[6] E.I.EI-Niema.Fiber Reinforced Concrete Beams under Torsion[J].ACI Structure Journal，1993，90(6):489-495.

[7] 趙國藩.高等鋼筋混凝土結構學[M].北京:機械工業出版社，2005.