疊合樓板中懸挑工字鋼預(yù)埋壓環(huán)設(shè)置分析研究

方從兵 金 陽 陶海冰 蔡梓旭

方遠(yuǎn)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江 臺(tái)州 318000

1 研究意義

裝配式建筑在很多方面的施工工藝都有別于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，若采用常規(guī)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的施工思路來組織裝配式建筑的營造，則會(huì)產(chǎn)生各種各樣的問題，甚至?xí)戆踩c質(zhì)量隱患[1]。

因習(xí)慣性與經(jīng)濟(jì)性，在當(dāng)前裝配式建筑外架中，多數(shù)高層裝配式建筑項(xiàng)目仍繼續(xù)采用懸挑腳手架[2]。

按照規(guī)范要求，水平鋼梁與樓板壓點(diǎn)的預(yù)埋壓環(huán)一定要壓在樓板下層鋼筋下面并要保證兩側(cè)15d（d為鋼筋直徑）以上錨固長度[3]，因此需要在疊合樓板生產(chǎn)制造時(shí)預(yù)埋壓環(huán)。但在實(shí)際工程中，因施工單位在裝配式建筑中缺乏對(duì)構(gòu)件施工深化設(shè)計(jì)的意識(shí)，通常在疊合樓板吊裝好后，利用鉆孔開洞的方法，通過螺栓從疊合樓板下將壓環(huán)固定住。這樣的方法容易損壞疊合樓板，特別是當(dāng)開洞位置處于疊合樓板邊緣時(shí)，容易造成邊界大塊崩壞，且疊合樓板強(qiáng)度高，開洞非常費(fèi)力。即使在施工完畢后對(duì)疊合樓板下進(jìn)行修復(fù)，仍會(huì)造成影響美觀的問題。

目前，關(guān)于在疊合樓板中懸挑工字鋼預(yù)埋壓環(huán)的設(shè)置尚無詳細(xì)的文獻(xiàn)報(bào)道。由此可見，研究疊合樓板中如何設(shè)置懸挑工字鋼壓環(huán)預(yù)埋件十分有必要，一方面能夠保證施工方案安全可靠，另一方面能為施工規(guī)范在修訂時(shí)針對(duì)裝配式建筑施工中的變化與發(fā)展進(jìn)行完善提供相關(guān)參考。

2 疊合樓板中預(yù)埋懸挑工字鋼壓環(huán)

在疊合樓板生產(chǎn)時(shí)預(yù)先埋入壓環(huán)，是解決疊合樓板現(xiàn)場開洞問題最為妥當(dāng)?shù)姆椒ā５捎诼袢氲膲涵h(huán)露出板面高度大于疊合樓板桁架鋼筋露出板面高度，會(huì)導(dǎo)致疊合樓板運(yùn)輸以及堆放不便的問題。

為了解決這一問題，將原有壓環(huán)構(gòu)件分成2段，如圖1所示。預(yù)埋段在疊合樓板生產(chǎn)時(shí)埋入疊合樓板，現(xiàn)場連接段在疊合樓板安裝就位后，在施工現(xiàn)場與預(yù)埋段通過鋼筋直螺紋套筒進(jìn)行連接。

圖1 疊合樓板分段式壓環(huán)構(gòu)件示意

預(yù)埋段水平錨固段可采用錨固鋼筋90°彎曲錨入且水平錨入長度≥15d，也可采用端錨板的形式。但一般疊合樓板保護(hù)層厚度為15 mm，若使用，容易引起露筋。而端錨板可取厚度為10 mm鋼板，然后通過在錨板下墊塑料塊，可有效避開此問題。其安裝工藝流程如圖2～圖4所示。

圖2 疊合樓板設(shè)置預(yù)埋段

圖3 疊合樓板安裝就位后安裝現(xiàn)場連接段

圖4 疊合樓板上現(xiàn)澆層達(dá)到強(qiáng)度后安裝懸挑工字鋼

采用上述形式的壓環(huán)還應(yīng)注意以下問題：

1）若壓環(huán)位置與桁架筋碰撞，應(yīng)及時(shí)告知施工單位，以便其進(jìn)行施工方案的調(diào)整，調(diào)整后再生產(chǎn)構(gòu)件。

2）安裝現(xiàn)場連接段時(shí)，要對(duì)直螺紋套筒的連接質(zhì)量進(jìn)行檢查。

3 疊合樓板現(xiàn)澆層預(yù)埋懸挑工字鋼壓環(huán)

在疊合樓板中預(yù)埋壓環(huán)還需要施工單位與生產(chǎn)單位有較強(qiáng)的溝通與配合能力。同時(shí)，即使是規(guī)格相同的疊合樓板，放入預(yù)埋件的位置也可能不同，因此還需進(jìn)行單獨(dú)編號(hào)。此外，施工時(shí)要根據(jù)板編號(hào)吊裝落位到指定處，所以對(duì)施工管理水平還有一定要求。

當(dāng)預(yù)先并沒有在疊合樓板預(yù)埋壓環(huán)時(shí)，又想避免因?qū)ΟB合樓板進(jìn)行鉆孔開洞而造成的預(yù)制構(gòu)件破損，唯一解決的途徑就是將壓環(huán)放置于疊合樓板上，預(yù)埋在現(xiàn)澆層中。根據(jù)JGJ 130—2011《建筑施工扣件式鋼管腳手架安裝技術(shù)規(guī)范》第6.10.8條：錨固位置設(shè)置在樓板上時(shí)，樓板的厚度不宜小于120 mm。如果樓板的厚度小于120 mm，應(yīng)采取加固措施[4]。而疊合樓板現(xiàn)澆層通常只有70 mm，預(yù)埋件的錨固深度不符合施工規(guī)范要求。如何通過加固措施來解決這一問題，2種解決方案應(yīng)運(yùn)而生，并在我公司的項(xiàng)目中進(jìn)行了初步嘗試。

3.1 增設(shè)錨板方案

由于鋼筋錨固長度不足，故增設(shè)錨板[2]。錨板與拉環(huán)尺寸如圖5所示。

圖5 錨板與拉環(huán)尺寸

工字鋼后端支座處由2個(gè)拉環(huán)組成，前后間距200～300 mm。壓環(huán)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由錨筋強(qiáng)度、受拉錐體強(qiáng)度和混凝土局部承壓強(qiáng)度這三者中的最小值決定。

1）鋼筋錨固強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為Nul：

式中：fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度；

As——全部錨筋的截面面積。

若n＝4為錨筋個(gè)數(shù)，則：As＝n(πd2)/4＝4×200.96＝803.84 mm2。由此：Nul＝0.8×65×803.84＝41.8 kN。

2）受拉錐體強(qiáng)度為Nu2：

式中：ft——混凝土抗拉強(qiáng)度，此處考慮安全儲(chǔ)備，按C20強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算；

le——錐體的計(jì)算高度，le＝la－a；

la——實(shí)際錨固長度；

a——構(gòu)件縱向鋼筋中心線至截面近邊的距離；

be——錨板寬度（取短邊邊長）；

A1——各錐體頂面處的投影面積之和；

A——各完整整體在錐體頂面處的投影面積之和，即A＝nπ(2le＋be)2/4。

為了方便計(jì)算并使計(jì)算結(jié)果偏安全，取兩拉環(huán)間距為130 mm，相對(duì)應(yīng)的簡化計(jì)算模型如圖6、圖7所示。

圖6 最不利工況簡化計(jì)算模型剖面

圖7 最不利工況簡化計(jì)算模型平面

從圖7中可以看出A1為扣除了錐體投影重疊部分面積（即圖中陰影部分）后的錐體投影的等效面積。將圖6、圖7中相應(yīng)數(shù)值代入式（2），可得Nu2＝0.6×4×1.1×(36＋65)×36×105 115.3/117 869.3＝26.87 kN。

3）混凝土局部承壓強(qiáng)度為：

式中：nb——錨板個(gè)數(shù)，取值2；

fc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Al——錨板承壓面積。

從上述計(jì)算可見，應(yīng)按照受拉錐體強(qiáng)度取錨固強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Nu0＝Nu2＝26.87 kN。

在后端支座有2個(gè)壓環(huán)的情況下，若受拉反力小于Nu0，則滿足要求。而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般高層住宅5層懸挑腳手架后端支點(diǎn)處受拉反力在10～15 kN范圍內(nèi)，因此上述方案是可行的。

帶錨板壓環(huán)在工程中現(xiàn)場設(shè)置的情況如圖8所示。

圖8 帶錨板壓環(huán)現(xiàn)場實(shí)際設(shè)置

3.2 加厚壓環(huán)區(qū)現(xiàn)澆混凝土板厚方案

注意到錨固長度不夠的核心矛盾是由于現(xiàn)澆層混凝土厚度不夠產(chǎn)生的，因此可以通過增加壓環(huán)區(qū)域的混凝土厚度，待該處懸挑腳手架拆除后，再通過切割打磨機(jī)械，移除高出樓板部分的混凝土。

為了達(dá)到這一效果，現(xiàn)場可通過吊模的方法來實(shí)現(xiàn)，如圖9所示。在垂直和水平于壓環(huán)方向各延長150 mm作為樓板加厚區(qū)，加厚高度為50 mm；為了進(jìn)一步保證錨固效果，可在垂直與壓環(huán)方向放置短鋼筋增強(qiáng)錨固效果，短鋼筋長度≥300 mm；最后固定懸挑工字鋼效果如圖10所示，此處應(yīng)注意確保加厚區(qū)的平整，同時(shí)保證懸挑工字鋼前端擱置處與后端擱置處齊平，以免工字鋼放置不平或有傾角；當(dāng)前端擱置處不是采用加厚混凝土?xí)r，需在工字鋼前端增加與后端擱置處等厚度的墊塊，墊塊的剛度也應(yīng)有所保證，禁止使用木塊[5-6]。

圖9 現(xiàn)場實(shí)際吊模

圖10 固定懸挑工字鋼效果

這種方案的缺點(diǎn)也是顯而易見的，增加工序后會(huì)帶來更多施工問題，特別是最后切磨加厚區(qū)時(shí)會(huì)產(chǎn)生粉塵，污染施工環(huán)境，因此切磨時(shí)應(yīng)跟進(jìn)降塵等措施。

4 結(jié)語

對(duì)于在預(yù)制疊合樓板＋現(xiàn)澆樓板中使用的懸挑工字鋼，建議采用壓環(huán)預(yù)埋在疊合樓板中的方式，符合現(xiàn)行施工規(guī)范，安全可靠。采用分段式壓環(huán)可以解決在疊合樓板中預(yù)埋壓環(huán)產(chǎn)生的運(yùn)輸與堆放不便的問題。

對(duì)于2種在疊合樓板現(xiàn)澆層中通過錨固加固的方法預(yù)埋壓環(huán)，我公司對(duì)其進(jìn)行了初步應(yīng)用，雖有理論依據(jù)，但尚需進(jìn)行各類力學(xué)試驗(yàn)。待下一步獲取各種工況下的大量測試數(shù)據(jù)證實(shí)其絕對(duì)可靠后，可向社會(huì)大范圍推廣。