預(yù)應(yīng)力混凝土肋梁樓板臨時(shí)支撐應(yīng)用及分析

曹劉坤 楊 磊 沈淺灝

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 背景資料

近年來隨著裝配式建筑的推進(jìn)，出現(xiàn)了較多預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，但是設(shè)想中的裝配式結(jié)構(gòu)提高施工效率的優(yōu)點(diǎn)一直未有明顯體現(xiàn)。因此在施工方法、措施等方面不斷進(jìn)行革新改良成為一個(gè)研究方向的情況下，希望通過使用專用工具能提升裝配式建筑施工效率，促進(jìn)建筑業(yè)發(fā)展。

預(yù)應(yīng)力樓板在最近幾年的裝配式建筑中廣泛應(yīng)用，特別是肋梁預(yù)應(yīng)力樓板，剛度大，變形小，可以減少模板、支架的搭設(shè)，降低現(xiàn)場(chǎng)施工強(qiáng)度，整體提升施工效率，但現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支撐施工中存在一些問題。

首先，為了取得大空間而采用預(yù)應(yīng)力樓板，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力樓板跨度較大，單塊構(gòu)件質(zhì)量提升明顯，對(duì)運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)吊裝機(jī)械要求較高，施工成本提高。

其次，為提升現(xiàn)場(chǎng)施工裝配效率，預(yù)應(yīng)力樓板臨時(shí)支撐安裝一般采用擱置式，而且由于預(yù)應(yīng)力樓板的受力特性，為避免多點(diǎn)支撐，板下少撐或無撐，端部局部荷載增大，易形成危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程（危大工程），現(xiàn)場(chǎng)模板支架搭設(shè)與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)搭設(shè)稍顯不同。

本文通過對(duì)預(yù)應(yīng)力肋梁樓板的特性進(jìn)行考察和分析，結(jié)合實(shí)際工程中預(yù)應(yīng)力肋梁樓板臨時(shí)支撐方案，對(duì)預(yù)應(yīng)力樓板臨時(shí)支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的研究。

2 預(yù)應(yīng)力肋梁梁板特點(diǎn)分析

2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板

疊合預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板是一種板梁結(jié)合的預(yù)制鋼筋混凝土承載構(gòu)件，應(yīng)用先張法工藝。疊合預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板在構(gòu)件廠制作養(yǎng)護(hù)完成運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)吊裝，并與現(xiàn)澆混凝土形成整體。疊合預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板作為簡(jiǎn)支構(gòu)件，體型簡(jiǎn)單，制作和施工過程省時(shí)、省料，易于工廠化制作，質(zhì)量便于控制，擁有良好的承載性能。其特點(diǎn)包括：有效縮短建設(shè)工期，緩解安裝工程和裝飾工程的壓力，減少用工量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度；省略樓板及主次梁模板，減少施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量，降低粉塵、噪聲等污染，有利于環(huán)境保護(hù)。

但雙T板的缺點(diǎn)主要有：體型大，自重大，對(duì)運(yùn)輸工具、吊裝設(shè)備和道路狀況的要求高。

從定性角度進(jìn)行分析，簡(jiǎn)支條件下，雙T板端部線荷載的影響因素隨著跨度、高度增加而變大，隨著寬度增加而減小。在簡(jiǎn)支條件下，端部臨時(shí)支撐單側(cè)承受的線荷載易處于10 kN/m以上，加入梁自重、施工荷載或兩側(cè)荷載的情況下，線荷載可能超過20 kN/m，形成危大工程，需重點(diǎn)注意。通過計(jì)算可得出不同寬度的雙T板自重與板高的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 不同寬度的雙T板自重與板高的關(guān)系

2.2 預(yù)應(yīng)力空心樓板

預(yù)應(yīng)力空心板除了擁有預(yù)應(yīng)力雙T板的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還易于工廠化制作，質(zhì)量便于控制，擁有良好的承載和抗震性能，隔聲保溫防火性能好。類似雙T板，通過計(jì)算可以得到不同寬度的GLY預(yù)應(yīng)力空心板板自重與板高的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 不同寬度的GLY預(yù)應(yīng)力空心板板自重與板高的關(guān)系

通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下，預(yù)應(yīng)力雙T板單塊板比預(yù)應(yīng)力空心板大且高，但在單位面積自重上，預(yù)應(yīng)力空心板較雙T板更重，更應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)體系中擱置梁下的臨時(shí)支撐。

3 現(xiàn)場(chǎng)支撐方式

現(xiàn)場(chǎng)施工中，端部預(yù)制梁下支撐常采用滿堂支撐，工藝較為成熟，成本較低，可根據(jù)需要進(jìn)行搭設(shè)，雖然預(yù)應(yīng)力板底免撐，但也存在滿堂支撐的常見問題，如搭設(shè)拆除時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)計(jì)復(fù)雜、搭設(shè)完成后現(xiàn)場(chǎng)施工條件差。因此預(yù)應(yīng)力肋梁樓板也需要一種能滿足現(xiàn)場(chǎng)裝配施工要求的臨時(shí)支撐，進(jìn)而提升裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工的效率。

圖3、圖4為預(yù)應(yīng)力雙T板、預(yù)應(yīng)力空心板臨時(shí)滿堂支架現(xiàn)場(chǎng)照片，現(xiàn)場(chǎng)施工預(yù)應(yīng)力板底部雖然無支撐，但為保證滿堂支架整體性，跨中、邊角均設(shè)置有水平連系桿，現(xiàn)場(chǎng)條件改善有限。

圖3 預(yù)應(yīng)力雙T板端部預(yù)制倒T梁及滿堂支架

圖4 預(yù)應(yīng)力空心板擱置T梁及滿堂支架

滿堂支架計(jì)算時(shí)，梁板支架分別進(jìn)行計(jì)算，注意以下幾點(diǎn)：

1）當(dāng)梁側(cè)立桿共用時(shí)，僅計(jì)算梁下滿堂支架，可將整塊預(yù)應(yīng)力肋梁板線荷載增加到相應(yīng)擱置梁上，折算成等線荷載的梁，再按照折算后的梁尺寸（梁側(cè)無板）進(jìn)行計(jì)算，如圖3、圖4預(yù)應(yīng)力雙T板、空心板跨度較小，梁側(cè)立桿梁板共用。

2）當(dāng)跨度較大、梁側(cè)立桿不共用時(shí)，分別計(jì)算梁、板下滿堂支架。預(yù)應(yīng)力肋梁板通過擱置梁、板下支架共同支撐。

預(yù)應(yīng)力肋梁板下支撐可通過驗(yàn)算簡(jiǎn)支端立桿軸力確定，圖5為雙T板肋梁底部立桿布設(shè)示意，單塊雙T板質(zhì)量為4.28 t，尺寸2 m×8 m，現(xiàn)澆層厚60 mm。簡(jiǎn)支情況下，使用φ48 mm×3.0 mm鋼管，肋梁底部設(shè)置立桿支撐，搭設(shè)高度5 m，步距1.8 m，在板端各有1道2根立桿作為板下支架，擱置梁、板下支架共同作用承載雙T板荷載，共相當(dāng)于8點(diǎn)支撐，荷載為66.80 kN，單桿荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8.35 kN。立桿單桿容許軸力為16.00 kN。

圖5 預(yù)應(yīng)力雙T板端部鋼管支架

經(jīng)計(jì)算，立桿單桿可滿足軸力承載要求。梁下立桿按照每側(cè)承載1/4板自重折算梁截面，然后再計(jì)算梁下支架。

安裝前，應(yīng)將支撐高度調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，以控制樓板的標(biāo)高及平整度。

預(yù)應(yīng)力肋梁板擱置在預(yù)制梁上，通過在預(yù)制梁上設(shè)置橡膠墊塊或采用坐漿法，控制預(yù)應(yīng)力雙T板安裝精度，并保護(hù)預(yù)制梁。

為保證整個(gè)架體的穩(wěn)定性，在縱橫向支撐架的連接部位增加短鋼管進(jìn)行拉結(jié)，每步架體均需設(shè)置[1]。

4 支撐方式分析

上述雙T板現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支撐系統(tǒng)，支撐立桿應(yīng)力已經(jīng)接近容許應(yīng)力，在搭設(shè)高度增加、跨度增大、搭設(shè)工藝影響下，鋼管滿堂支架將不能滿足現(xiàn)場(chǎng)裝配化要求。

4.1 荷載取值

計(jì)算中荷載取值僅為預(yù)應(yīng)力肋梁板加現(xiàn)澆層質(zhì)量，在增加施工荷載的情況下，荷載將顯著增加，如施工荷載2 kN/m2，則單桿標(biāo)準(zhǔn)荷載最終為16.855 kN，超過板下支架立桿的允許壓力16.000 kN的容許值。

4.2 計(jì)算假定

受力分析中，假定4道支撐構(gòu)件受力均分，每道支撐承載1/4板自重，實(shí)際受限于荷載位置、現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)精度、預(yù)應(yīng)力肋梁板起拱影響，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件支撐很難出現(xiàn)均分，局部承載力易超過1/4，并且在中部標(biāo)高較高的情況下，局部會(huì)出現(xiàn)負(fù)彎矩，導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)負(fù)彎矩裂縫等質(zhì)量問題，因此，預(yù)應(yīng)力混凝土肋梁板一般都要求簡(jiǎn)支運(yùn)輸、臨時(shí)存放。

隨著預(yù)應(yīng)力肋梁板跨度增加，支撐數(shù)量增多，板下鋼管支撐的受力更加復(fù)雜，均分計(jì)算假定將無法滿足安全計(jì)算要求。

5 結(jié)語

經(jīng)過上述分析，預(yù)應(yīng)力肋梁板臨時(shí)支撐荷載較大，且肋梁板剛度較大，簡(jiǎn)支條件下構(gòu)件預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)完全可滿足要求，傳力明確，有利于提升裝配式建筑的現(xiàn)場(chǎng)施工效率，可得出以下結(jié)論：

1）盡量按照簡(jiǎn)支，即擱置梁承載預(yù)應(yīng)力肋梁板，臨時(shí)支撐設(shè)置支撐擱置梁，減少現(xiàn)場(chǎng)支撐搭設(shè)數(shù)量，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)裝配化。

2）荷載過大，滿堂鋼管支撐在承載上可能無法滿足要求，需要承載能力更高的臨時(shí)支撐，可參照鋼結(jié)構(gòu)施工中臨時(shí)支撐設(shè)置，如獨(dú)立支撐、門式支撐、組合支撐，由于支撐在梁上，線荷載明顯增大，施工階段，預(yù)制框架主梁需要承擔(dān)整個(gè)樓面的施工荷載，為保證支撐結(jié)構(gòu)安全，中間層支撐要進(jìn)行相應(yīng)基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算，通過增加預(yù)應(yīng)力的方式控制主梁施工階段撓度和裂縫[2]。

3）當(dāng)采用預(yù)制柱、梁，且預(yù)制梁可直接擱置在預(yù)制柱，并承擔(dān)施工階段的荷載時(shí)，如廠房預(yù)制梁柱，可采取面支撐施工。

可以預(yù)見，預(yù)應(yīng)力肋梁板的應(yīng)用會(huì)推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，提高現(xiàn)場(chǎng)裝配化水平，但工具化臨時(shí)支撐系統(tǒng)的應(yīng)用更能提升現(xiàn)場(chǎng)的施工效率，讓各方更有動(dòng)力推動(dòng)裝配式建筑的發(fā)展[3-6]。