大跨度預應力空心疊合板在裝配式建筑中的應用技術研究

徐德偉

筑友智造建筑設計有限公司 湖南 長沙 410000

隨著社會建設技術的不斷發展，人們對空間的使用要求也越來越高，小跨度、小空間結構在一定程度上已不能滿足部分使用功能上的要求。建筑業迫切需要一種新型建造方式來推動行業發展。密拼大跨度預應力空心疊合板能有效的增大跨度，開闊空間，滿足人們的使用要求。

1 大跨度預應力空心疊合板的概述

預應力空心疊合板構件是指通過在工廠臺模上生產加工并采用先張法預應力技術制作的各類水平和豎向預制混凝土構件。

空心疊合板的底板按照受力鋼筋的種類可以分為預制混凝土底板和預制預應力混凝土底板：預制疊合板底板采用非預應力鋼筋時，為增強剛度目前多采用桁架鋼筋混凝土疊合板；預制預應力疊合板底板可為預應力混凝土平板和預應力混凝土帶肋板、預應力混凝土空心疊合板。

圖1 桁架鋼筋混凝土疊合樓板[1]

圖2 預制帶肋應力空心雙向疊合板

大跨度預應力空心疊合板是采用先張法預應力生產，并在板表面放置凸出減重輕質填充塊，形成的預應力底板。研究表明，大跨度預應力空心疊合板采用密拼方式連接能有效減少混凝土底板開裂，提高預應力空心疊合板的整體剛度。保證空心疊合板面上下兩側的混凝土共同承載、整體受力是預制混凝土空心疊合樓板設計的要領，一般是通過控制空心疊合板面的粗糙度和界面抗剪構造鋼筋來共同實現。

2 大跨度預應力空心疊合板的特點

(1)改善結構的使用性能，提高結構的耐久性；(2)增加空間使用率，減小構件截面尺寸，減輕構件自重；(3)具有很好的裂縫收縮閉合與構件變形恢復性能；(4)工業化程度高，能有效降低成本，具有良好的經濟效益；(5)提高結構使用舒適度，具有更大的商業價值。

3 預制預應力混凝土構件技術方案的制定

3.1 技術編制依據

《混凝土結構設計規程》(2015 年版) (GB50010-2010)[2]

《建筑抗震設計規范》 (2016 年版) (GB20011-2010)[3]

《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2010)[4]

《裝配式混凝土結構技術規程》 (JGJ1-2014)[5]

《預應力混凝土結構設計規范》 (JGJ 369-2016)[6]

《裝配式混凝土建筑工程施工質量驗收規程》(T/CCIAT 0008-2019)[7]

《大跨度預應力空心板(跨度 4.2m～18.0m)》(13G440)[8]

3.2 技術方案

在項目樓蓋體系中，板現澆層厚度為70mm，梁現澆層厚不小于140mm，疊合板的預制部分按單向板布置，預制底板受力方向采用預應力鋼筋，預應力鋼筋保護層厚度取30mm，非受力方向僅布置構造鋼筋。疊合板、疊合梁吊裝就位后，在現場安裝頂面鋼筋，然后整體澆筑成型。預制板采用的混凝土強度等級為C40，受力方向預應力底筋采用螺旋肋鋼絲或1x7鋼鉸線，分布鋼筋采用HRB400。預應力空心疊合板表面做成凹凸高差不小于4mm的粗糙面。為增加預應力空心疊合板的整體剛度和水平界面的抗剪性能，對懸挑板和跨度大于4m的疊合板，在預制板與后澆混凝土疊合層之間設置抗剪構造鋼筋，抗剪構造鋼筋的布置應滿足《裝配式混凝土結構技術規程》 (JGJ1-2014) 第 6.6.8、6.6.9條規定。疊合樓板標準寬度≤2400mm，疊合板跨度根據工程實體情況按標準模數設計，普通疊合樓板一般跨度為4-6m，某項目中所使用的大跨度預應力雙向疊合樓板最大跨度達8.5m，該技術樓板最大跨度可達10m以上。

3.3 技術特點

預制預應力大跨度疊合樓板與上部現澆混凝土層結合成為一個整體，共同工作，薄板底面光滑平整，板縫經處理后，頂棚可以不再抹灰，這種疊合樓板具有現澆樓板的整體性、剛度大、抗裂性好、不增加鋼筋消耗、節約模板等優點；預應力疊合樓板支撐系統采用工具式支撐，取消了傳統的滿堂支撐搭設，大幅提高效率，加上預制夾心保溫外墻等預制構件與主體同步施工，可提前插入裝修工程，縮短整個工程的工期。

4 施工注意事項

4.1 大跨度預應力空心疊合板的成品保護

堆場應平整且堅實，有良好的排水措施；疊合板底擱置的木方應通長設置，其余部位可僅擱置 20～30cm；擱置位置在疊合板吊鉤的外側，緊靠吊鉤，擱置木方應上下對齊；疊合板堆放時，堆放層數視現場的情況確定，一般不宜超過8層。

4.2 大跨度預應力空心疊合板的運輸

裝車運輸時，平穩擱置并采取加固措施；運輸過程中，應平穩運行，避免急停急啟；到達施工現場后，應停靠安穩，便于設備起吊安裝。

4.3 大跨度預應力空心疊合板的安裝過程

現場安裝時，盡量避免碰撞；疊合板安裝就位后，應避免集中荷載的局部過大造成的板底開裂影響。

大跨度預應力空心疊合板的生產和施工過程中，需要嚴格執行各省、市、縣制定的各項安全規范和要求，特別需要注意以下幾點：

1)鋼絲通過預應力張拉時，必須扣上安全的鏈條，臺模生產線的兩端不得站人，防止鋼絲意外斷裂造成人員傷亡；

2)工廠內部吊裝轉運時，需要注意工人安全并保持桁車運行平穩；

3)施工現場起吊安裝時，應用無線設備指揮，起吊機臂下不得站人；

4)疊合板底支撐搭設牢固，并設置供人行走的施工通道；

5)高空作業時，當風速達到10m/s時，所有吊裝作業均需立即停止。

5 推廣新技術工作與構造措施參數

自仁康醫院項目確定應用密拼大跨度預應力空心疊合板新技術后，我司立即成立了以總工為組長的新技術推廣領導小組。為了保證項目工作的持續開展，公司將新技術推廣工作列入部門的重點項目計劃，在新技術推廣實施過程中得到了參與各方的大力支持和幫助。該醫院項目極大的調動了我單位員工推廣應用新技術的積極性和主動性，在專業領域開展了多次充分的探討和學習，為順利推廣應用新技術奠定了堅實的基礎。

5.1 技術難點

預應力疊合板如何連接是決定本項技術的重點和難點，我司同湖南大學、湘潭大學、南昌航空大學等5家高校展開合作，先后進行了6批次共計78組拼縫板力學性能試驗，主要研究內容包括拼縫構造探索、拼縫構造驗證、細部構造參數探索、優化含鋼量設計以及彎矩調幅系數試驗。試驗結果表明，密拼預應力混凝土疊合板具有典型的雙向板破壞特征，說明該拼縫形式下的密拼預應力混凝土疊合板具有良好的雙向受力性能；使用該構造的拼縫板，力學性能持平甚至略優于現澆板。

5.2 構造措施

預應力疊合單向板跨度大于4m或預應力疊合雙向板短向跨度大于4m時，疊合板的預制板與后澆混凝土疊合層之間應設置結合面抗剪構造鋼筋，且應符合下列構造規定：

1)結合面抗剪構造鋼筋應均勻布置在預制底板的兩端，板端布置區段的長度不宜小于預應力疊合板預應力方向跨度的1/4倍，相鄰抗剪筋的間距不宜大于400mm；密拼整體式拼縫處非預應力方向底筋彎起，角度宜在45-60度之間，并應延伸至上層網片；

2)拼縫處預制底板頂面設置垂直于板縫方向的附加鋼筋并布置橫向分布鋼筋：

3)附加鋼筋截面面積應考慮截面削弱，按照最大抵抗彎矩等效的原則計算確定；

4)橫向分布鋼筋，鋼筋直徑不宜小于6mm，間距不宜大于250mm，每側的鋼筋數量不應少于2根。

5.3 重點設計參數

1)預制底板厚度不應小于50mm；預應力疊合板的后澆混凝土疊合層厚度不應小于70mm，預應力疊合雙向板的疊合層厚度尚不應小于預制底板厚度的1.3倍；

2)預應力筋間距不宜大于200mm，第一根預應力筋距板邊的間距不應小于50mm且不應大于100mm；

3)計算預應力疊合雙向板在預應力布置方向的縱向受力鋼筋時，對跨中和支座彎矩宜進行調整，調整系數不宜小于1.2。

6 新技術推廣效果及效益

6.1 推廣效果

大跨度預應力空心疊合板由于其樓板自重輕，跨度大，受力性能好，施工簡便快捷，特別適用于大跨度的公建，本工程也受到了建設單位和住建部門的一致好評；采用空心塊的樓板結構還有利于提高樓板的隔聲減震作用，據此預測大跨度預應力空心疊合板是非常有推廣前景的一種樓蓋結構形式，隨和不斷應用和研究的深入，這種結構會做的性能更好，更加經濟。

6.2 經濟指標

大跨度預應力空心疊合板在拆分上比普通桁架疊合板的構件數量可減少50%以上，且無需設置桁架筋，減少了樓板含鋼量，單板跨度大，室內少梁的設計增加了空間靈活性。

大跨度預應力空心疊合樓板，其具備生產效率高、抗裂性好、可形成大跨度、樓板厚度小等特點，可以有效減少裝配式建筑預制構件數量、節省材料、降低全產業鏈成本，本項目在滿足預制裝配率計算細則的前提下，通過設計優化、成本比對，選用由自主研發的大跨度預應力空心疊合樓蓋體系，從各方面綜合比較，成本降低約30元/㎡。

圖3 經濟效益指標分析

6.3 社會效益

1)建設方滿意度高：大跨度預應力空心板可最大限度減少梁的布置，增強室內空間的靈活性布置，降低運輸成本，提升吊裝效率，該體系在本項目的應用得到建設方的認可。

2)示范性強：大跨度預應力空心疊合板是首創的樓蓋體系，本項目是湖南省第一個采用該體系的醫院項目，曾獲得“省裝配式建筑示范項目”、“省安全文明示范工地”等獎項，住建部門的認可使該體系在當地起到一定的示范帶頭作用。

7 結語

裝配式建筑體系中密拼大跨度預應力空心疊合板是在裝配式疊合樓蓋技術上的創新。板側不出筋，通過新型密拼的方式形成大跨度疊合樓蓋，解決工程建設中的問題。跨度大、少次梁，統一模具的出筋方式，工藝拆分時減少預制構件種類和數量，提高了生產、施工效率是密拼大跨度預應力空心疊合板的最大優點。同時，密拼大跨度預應力空心疊合板可有效節省材料，降低生產成本，達到經濟、實用的最佳效果，已經越來越多的應用于現代化建設中，也是裝配式建筑發展的必然趨勢。