鋼筋桁架混凝土疊合樓板的連接和構(gòu)造設(shè)計(jì)方法

潘金炎

(浙江省建筑科學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310012)

裝配式混凝土建筑的特點(diǎn)是大量的預(yù)制構(gòu)件由車(chē)間生產(chǎn)加工完成,現(xiàn)場(chǎng)采用裝配式施工的作業(yè)方式。預(yù)制構(gòu)件種類(lèi)主要有：外墻板、內(nèi)墻板、疊合樓板、預(yù)制樓梯、疊合梁、預(yù)制柱等。其中的疊合樓板體系在整個(gè)結(jié)構(gòu)中所占的比重較大,實(shí)際施工過(guò)程中,疊合樓板的施工工序較多,節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較為復(fù)雜,要求構(gòu)件安裝的精細(xì)化程度比較高,因此對(duì)施工單位的施工質(zhì)量管理提出了更嚴(yán)格的要求。為此,需要深入研究疊合樓板的受力性能,特別是樓板支座連接構(gòu)造和拼縫的設(shè)計(jì)方法,以期為工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 鋼筋桁架混凝土疊合樓板介紹

鋼筋桁架混凝土疊合板與普通鋼筋混凝土疊合板一樣由預(yù)制底板和現(xiàn)澆層組成,不同之處在于預(yù)制底板除正常配置板底鋼筋外,還配有突出板面的彎折型鋼筋桁架,其構(gòu)造見(jiàn)圖1。該桁架將混凝土樓板的上下層鋼筋連接起來(lái),組成能夠承受空間荷載的空間小桁架,現(xiàn)澆層混凝土成型后,空間小桁架成為混凝土樓板的上下層配筋,承受后期的各項(xiàng)使用荷載。目前采用的K形鋼筋桁架由于制作簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良而成為被廣泛采用的形式之一。K形鋼筋桁架由上弦鋼筋、下弦鋼筋和彎折斜筋三部分焊接而成[1]。

如圖1所示,鋼筋桁架應(yīng)沿板跨度方向布置。D0為鋼筋桁架的水平間距,通常為450～600 mm,a為鋼筋桁架的水平邊距,通常為200～250 mm。疊合樓板中預(yù)制樓板的厚度h1可取75～125 mm。h2為樓板現(xiàn)澆層厚度,目前由于考慮管線(xiàn)埋設(shè)的需要,h2需大于80 mm厚才行。

圖1 鋼筋桁架混凝土疊合樓板構(gòu)造

2 鋼筋桁架混凝土疊合板的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)方法

2.1 疊合板之間的拼縫連接方法

2.1.1 當(dāng)預(yù)制板之間采用整體式接縫時(shí)

當(dāng)預(yù)制板之間采用整體式接縫時(shí),可按雙向板計(jì)算。根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 1—2014)》[2]和《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 51231—2016)》的規(guī)定[3],有如下四種連接方式：

1)第一種連接方式(圖2),應(yīng)分別符合下列規(guī)定：

①后澆帶寬度不宜小于200 mm。

②疊合板厚度不應(yīng)小于10d,且不應(yīng)小于120 mm。從板側(cè)伸出的縱向受力鋼筋錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于la,兩側(cè)鋼筋在接縫處重疊的長(zhǎng)度不應(yīng)小于10 d,鋼筋彎折角度不應(yīng)大于30°,彎折處接縫方向應(yīng)配置不少于2根通長(zhǎng)構(gòu)造鋼筋。la為鋼筋錨固長(zhǎng)度,應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》的規(guī)定。

圖2 雙向疊合板整體式接縫構(gòu)造

2)第二種連接方式如圖3a)所示,當(dāng)預(yù)制板板底外伸鋼筋為直線(xiàn)形時(shí),鋼筋搭接長(zhǎng)度ll=1.6la,且不應(yīng)小于300 mm。

3)第三種連接方式如圖3b)所示,當(dāng)預(yù)制板底外伸鋼筋端部為90°彎鉤時(shí),鋼筋錨固長(zhǎng)度la應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》的規(guī)定,90°彎鉤鋼筋彎后直段長(zhǎng)度不小于12d。

4)第四種連接方式,如圖3c)所示,當(dāng)預(yù)制板底外伸鋼筋端部為135°彎鉤時(shí),鋼筋錨固長(zhǎng)度la應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》的規(guī)定,135°彎鉤鋼筋彎后直段長(zhǎng)度不小于5d。

圖3 雙向疊合板整體式接縫構(gòu)造

2.1.2 當(dāng)預(yù)制板之間采用分離式接縫時(shí)

當(dāng)預(yù)制板之間采用分離式接縫時(shí),宜按單向板設(shè)計(jì)。目前也有以下兩種做法：

1)第一種做法如圖4a)所示,在預(yù)制板的頂面設(shè)置垂直于板縫的附加鋼筋,錨入后澆層中的錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于15d,附加鋼筋截面面積不宜小于預(yù)制板中該方向鋼筋面積,鋼筋直徑不宜小于6 mm，間距不宜大于250 mm。板與板之間產(chǎn)生的施工縫隙可用接縫膠封堵。

2)第二種做法如圖4b)所示,板之間預(yù)留30～50 mm的縫隙,在板底支模后,澆筑混凝土。

圖4 單向疊合板板側(cè)分離式拼縫構(gòu)造

2.2 疊合板在支座受力端的連接方法

板受力端與墻或梁的連接,主要有以下兩種連接方式：

1)第一種連接方式(圖5),預(yù)制板內(nèi)從板端伸出的受力鋼筋錨入后澆混凝土中,錨固長(zhǎng)度應(yīng)大于5d(d為縱向受力鋼筋直徑),并宜伸過(guò)支座中心線(xiàn),板端支承長(zhǎng)度不小于15 mm,目的是起到疊合板支座處抗剪切應(yīng)力的作用,剪切應(yīng)力由預(yù)制底板、現(xiàn)澆混凝土層和鋼筋共同承擔(dān)。圖中l(wèi)ab為鋼筋基本錨固長(zhǎng)度,應(yīng)滿(mǎn)足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50010—2010)》的規(guī)定。

圖5 疊合板端構(gòu)造

2)第二種連接方式(圖6),當(dāng)后澆混凝土疊合層厚度不小于100 mm,且不小于預(yù)制板厚度的1.5倍時(shí),當(dāng)預(yù)制板端沒(méi)有伸出鋼筋時(shí),支承端預(yù)制板內(nèi)附加鋼筋可采用間接搭接方式錨入支承梁或墻的后澆混凝土中,附加鋼筋伸入樓板的長(zhǎng)度不應(yīng)小于鋼筋的搭接長(zhǎng)度,伸入支座的長(zhǎng)度不應(yīng)小于15d或受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度；附加鋼筋直徑不宜小于8 mm,間距不宜大于250 mm,同時(shí)在垂直于附加鋼筋的方向布置不少于3根橫向分布鋼筋,鋼筋直徑不宜小于6 mm,間距不宜大于250 mm。

圖6 疊合樓板板端構(gòu)造

2.3 單向板在板側(cè)支座處的連接方法

雙向板的每一邊都是端支座,不存在所謂的側(cè)支座,以下只討論單向板的側(cè)支座連接構(gòu)造方式：

2.3.1 當(dāng)預(yù)制板的板底出筋時(shí)

當(dāng)預(yù)制板的板底出筋時(shí),其做法可參照?qǐng)D5所示,但板邊可“侵入”墻或梁10 mm或離墻或梁有一個(gè)縫隙。

2.3.2 當(dāng)預(yù)制板的板底不出筋時(shí)

當(dāng)預(yù)制板的板底不出筋時(shí),宜在緊鄰預(yù)制板頂面的后澆混凝土疊合層中設(shè)置附加鋼筋,鋼筋間距不宜大于600 mm,在板的后澆混凝土疊合層內(nèi)的鋼筋錨固長(zhǎng)度不小于15d,在支座內(nèi)錨固長(zhǎng)度不應(yīng)小于15d,且宜過(guò)支座中心線(xiàn)。見(jiàn)圖7。

圖7 疊合板板側(cè)支座構(gòu)造

3 工程實(shí)例

以下結(jié)合工程案例介紹桁架鋼筋混凝土疊合樓板的深化設(shè)計(jì)過(guò)程。該工程為杭政儲(chǔ)出[2017]51號(hào)地塊商品住宅項(xiàng)目,位于杭州市江干區(qū)國(guó)際商貿(mào)城地塊,下沙板塊、余杭板塊交界處。項(xiàng)目用地總面積為76 674 m2,該項(xiàng)目由10棟點(diǎn)式高層住宅和6棟板式高層住宅及16棟多層住宅組成,共32棟住宅。1#～8#樓為16層的高層住宅,9#～32#樓為11層高層住宅,均采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),預(yù)制構(gòu)件有混凝土外圍護(hù)墻板、預(yù)制陽(yáng)臺(tái)板、疊合樓板及預(yù)制樓梯。其中的疊合樓板采用雙向板布置方式,預(yù)制板厚度60 mm,疊合層厚度80 mm,板與板之間采用整體式接縫。該工程共用到的預(yù)制樓板種類(lèi)有10種,樓板單塊重量在1.0～1.5 t之間。圖8為1#～8#樓2～16層疊合樓板的平面布置圖。

圖8 2～16層疊合樓板平面布置

4 結(jié) 語(yǔ)

疊合樓板是目前世界范圍內(nèi)裝配式建筑中為數(shù)不多的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的預(yù)制板,但由于需要底板出筋,給模具制作、構(gòu)件生產(chǎn)帶來(lái)了工作效率的下降和制作成本的增加,特別是給現(xiàn)場(chǎng)的支座連接做法帶來(lái)了很多困難,施工安裝環(huán)節(jié)鋼筋碰撞十分常見(jiàn),但究竟預(yù)制底板出筋對(duì)樓板連接的整體性貢獻(xiàn)有多大,也缺乏定量的分析。所以預(yù)制底板出筋對(duì)疊合樓板的整體性的影響和必要性研究是裝配式建筑發(fā)展需要研發(fā)的課題。

由于在疊合樓板預(yù)制底板上需要埋設(shè)很多線(xiàn)盒和管線(xiàn),導(dǎo)致生產(chǎn)效率的下降,實(shí)際上也是一種很落后和不合理的做法。因?yàn)楣芫€(xiàn)的壽命是10年、20年,結(jié)構(gòu)混凝土的壽命是50年甚至更長(zhǎng),兩者不同步。當(dāng)埋設(shè)在混凝土中的管線(xiàn)使用壽命到期時(shí),由于埋設(shè)在混凝土中,很難維修和更換。在國(guó)外的裝配式建筑中大多有設(shè)備夾層、裝修吊頂,所有管線(xiàn)、線(xiàn)盒、管道均不在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)留,對(duì)日后維修非常便利,這也是我國(guó)裝配式建筑發(fā)展的必然趨勢(shì)。