新型預(yù)應(yīng)力空心薄板(80 mm厚)疊合板工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

王 俊，胡曉娟，張煥芳，莊修建

(許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

裝配式結(jié)構(gòu)施工速度快、節(jié)能環(huán)保，可有效實(shí)現(xiàn)綠色施工，已得到國家產(chǎn)業(yè)政策的大力支持.2016年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》，力爭用10年左右的時間，使裝配式建筑占新建建筑面積的比例達(dá)到30%.2017年，河南省政府辦公廳《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》明確指出，到2025年底，裝配式建筑占新建建筑面積比例達(dá)到40%.許昌市對裝配式建筑推廣應(yīng)用也提出了相應(yīng)的要求.

混凝土樓蓋的工程造價約為住宅結(jié)構(gòu)總造價的20%～30%，其自重亦占結(jié)構(gòu)總自重較大比例，因此，降低裝配式疊合樓蓋的自重對提高裝配式建筑的綜合效益是必要的.當(dāng)前的裝配式疊合樓蓋板中，疊合板底板多采用混凝土實(shí)心薄板，這種結(jié)構(gòu)剛度較小，板型尺寸大，吊裝過程極易開裂，施工時需要架設(shè)較多的臨時支撐[1].如對實(shí)心薄板施加預(yù)應(yīng)力，可有效改善其抗開裂性能，但不能減輕結(jié)構(gòu)自重.且在多跨疊合板結(jié)構(gòu)中，對于底板先簡支、疊合后連續(xù)的板，其縱向接頭處理對板整體受力及支座處塑性鉸形成十分關(guān)鍵，但目前無明確的縱向接頭處理技術(shù).

本研究依據(jù)80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)結(jié)果，分析了將該類板作為疊合板底板的可能性，并提出了以該類板作為疊合板底板時縱向接頭的連接方法，在此基礎(chǔ)上，將該類板與工程中常見板的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對比，分析了其工程造價優(yōu)勢，以期為該類板的工程應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 預(yù)應(yīng)力空心薄板(80 mm厚)的結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)結(jié)果分析

80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板截面如圖1所示.對跨度3.0、3.3、3.6、3.9及4.1 m跨的5塊板采用堆載法對試驗(yàn)板施加均布荷載[2]，采用千分表量測撓度變化，在跨中截面粘貼混凝土應(yīng)變片，監(jiān)測跨中截面混凝土應(yīng)變變化并獲取開裂荷載等，加載方案如圖2所示.根據(jù)試驗(yàn)測定結(jié)果，5塊板的主要結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)試驗(yàn)值[3]如表1所示.

表1中各項(xiàng)參數(shù)的確定是依據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-2015)計(jì)算.從表1看出，試驗(yàn)板的抗裂系數(shù)實(shí)測值都較其允許值高，兩者的比值均在1.17～1.72之間，表明該類板有較好的抗開裂余量，實(shí)驗(yàn)過程中監(jiān)測到試驗(yàn)板在開始加載至最終破壞的過程中，裂縫數(shù)量及裂縫寬度均得到充分的發(fā)展.試驗(yàn)板在標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)荷載下短期撓度較大，短期撓度實(shí)測值均較其計(jì)算值大，兩者的比值均在1.75～4.4之間，表明試驗(yàn)板在加載過程中撓度發(fā)展十分明顯.試驗(yàn)板的承載力檢驗(yàn)系數(shù)實(shí)測值均較其允許值大，兩者比值在1.07～1.12之間，且板的最終破壞標(biāo)志均為主筋拉斷.

圖1 80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心薄板

圖2 80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板加載圖

跨度/m[γcr]γ0cr[as]/(mm)a0s/(mm)[γu]γ0u3.01.1541.5976.11.521.653.31.1541.3506.743.831.753.61.1541.8467.392.951.551.853.91.1141.6208.453.951.654.11.1141.9248.92.021.85

上述研究表明，80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心薄板的結(jié)構(gòu)性能各項(xiàng)指標(biāo)合格，破壞時主筋拉斷，裂縫發(fā)展充分，且有明顯撓曲變形，屬典型的延性破壞，因此，該類板可作為可疊合板的底板.

2 80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板疊合板底板的縱向接頭連接技術(shù)

汶川地震災(zāi)后調(diào)查表明[4]，對在中小學(xué)教學(xué)樓、醫(yī)院等采用裝配式樓蓋的大開間建筑，預(yù)應(yīng)力空心板與支撐梁或支撐墻體間僅靠座漿法連接遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠.當(dāng)?shù)卣鹂v波抵達(dá)時使結(jié)構(gòu)構(gòu)件上下顛簸，進(jìn)而使連接處基本脫離；隨后橫波抵達(dá)，即將已與支撐失去有效連接的樓蓋板從其支撐結(jié)構(gòu)上晃落，進(jìn)而形成坍塌，造成人們生命財(cái)產(chǎn)損失.

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力空心板裝配式結(jié)構(gòu)縱向接頭施工時尚未統(tǒng)一規(guī)范，這主要與施工人員對預(yù)應(yīng)力空心板的受力狀態(tài)沒有明晰的認(rèn)識有關(guān).對于在受力過程中呈簡支狀態(tài)的單向板，其縱向接頭要求不高，底板是否設(shè)置胡子筋以及對胡子筋是否做處理對板受力性能影響不大.但對于采用預(yù)應(yīng)力底板的多跨連續(xù)疊合板，其特點(diǎn)是底板先簡支、疊合后連續(xù)，因此，對該類板要求支座處板縱向接頭必須有可靠連接，使其在極限荷載或地震作用下，支座處可形成塑性鉸并傳遞彎矩，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)內(nèi)力重分布.

在當(dāng)前采用預(yù)應(yīng)力底板疊合樓蓋板中，對底板縱向連接及預(yù)應(yīng)力底板的胡子筋等均沒有明確的方案要求.本研究結(jié)合在磚混結(jié)構(gòu)中硬架支模的施工經(jīng)驗(yàn)以及工程應(yīng)用效果，并借鑒前期課題組對疊合連續(xù)板的加載試驗(yàn)結(jié)果[5]，采用縱向接頭連接技術(shù)(圖3).

即在預(yù)應(yīng)力底板制作階段預(yù)留5～6 cm的胡子筋，底板就位后，將縱向接頭處兩塊板的胡子筋采用135°彎鉤彎起并交叉，然后在交叉處放置一根直徑6 mm橫向連接筋；在支座上部布置負(fù)彎矩筋，負(fù)彎矩筋的直徑和間距可根據(jù)跨度大小進(jìn)行調(diào)整.該方法有效的加強(qiáng)接頭的整體性，確保支座處塑性鉸的形成，進(jìn)而保證地震作用或偶然作用下的結(jié)構(gòu)的整體性及耗能能力.

圖3 疊合板底板縱向接頭連接方式示意圖

3 預(yù)應(yīng)力空心板(80 mm厚)疊合板工程造價分析

參考預(yù)應(yīng)力疊合板的應(yīng)用情況[6]，選3.9 m跨度板為例，從主材材耗、輔材材耗、周轉(zhuǎn)材料、疊合板額外費(fèi)用等幾個方面，初步估算對比以下三類板的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：

A類板：全現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，板厚120 mm.

B類板：疊合板結(jié)構(gòu)，疊合板底板：60 mm預(yù)應(yīng)力實(shí)心板，疊合層：60 mm.

C類板：疊合板結(jié)構(gòu)，疊合板底板：80 mm預(yù)應(yīng)力空心板，疊合層：60 mm.

將傳統(tǒng)現(xiàn)澆板、底板為60 mm厚預(yù)應(yīng)力實(shí)心板的疊合板、底板為80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板的疊合板，分別從主材、輔材、施工周轉(zhuǎn)性材料、以及疊合板額外增加費(fèi)用等進(jìn)行對比(表2).結(jié)果表明，采用60 mm厚實(shí)心底板的預(yù)應(yīng)力疊合板結(jié)構(gòu)，其造價較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)指標(biāo)的造價有所增加，約提高6%；采用本研究的80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板疊合板，其造價較傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝在主要技術(shù)指標(biāo)上增加約5%，但較60 mm厚實(shí)心底板的預(yù)應(yīng)力疊合板結(jié)構(gòu)造價降低約2.2%.因此，在裝配式結(jié)構(gòu)大規(guī)模推廣的情況下，采用本項(xiàng)目的80 mm厚預(yù)應(yīng)力空心板疊合板在經(jīng)濟(jì)上與其他類型底板的疊合板相比有一定優(yōu)勢[7].

表2 三類板技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)估算/(元/m2)

4 結(jié)論

(1)80 mm厚預(yù)應(yīng)力混凝土空心薄板結(jié)構(gòu)性能合格，本研究提出的縱向接頭處有效連接對提升先簡支后連續(xù)的疊合板在地震作用或偶然作用時耗能能力是有益的.

(2)作為疊合板底板，該類板與當(dāng)前應(yīng)用較多的實(shí)心薄板相比，因?yàn)閯偠仍龃螅归_裂能力有明顯提高，施工階段臨時支撐間距可以增大，該類板在工程造價上較實(shí)心底板疊合板約降低2%.

在我國大力發(fā)展裝配式建筑的背景下，80 mm厚預(yù)應(yīng)力混凝土空心薄板結(jié)構(gòu)性能可靠且在工程造價方面有一定優(yōu)勢，可做為裝配式樓蓋疊合板的底板.