新型预应力空心薄板(80 mm厚)叠合板工程技术经济分析

2018-02-13胡晓娟张焕芳庄修建

许昌学院学报 2018年12期

王俊，胡晓娟，张焕芳，庄修建

(许昌学院土木工程学院，河南许昌 461000)

装配式结构施工速度快、节能环保，可有效实现绿色施工，已得到国家产业政策的大力支持.2016年，国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》，力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%.2017年，河南省政府办公厅《关于大力发展装配式建筑的实施意见》明确指出，到2025年底，装配式建筑占新建建筑面积比例达到40%.许昌市对装配式建筑推广应用也提出了相应的要求.

混凝土楼盖的工程造价约为住宅结构总造价的20%～30%，其自重亦占结构总自重较大比例，因此，降低装配式叠合楼盖的自重对提高装配式建筑的综合效益是必要的.当前的装配式叠合楼盖板中，叠合板底板多采用混凝土实心薄板，这种结构刚度较小，板型尺寸大，吊装过程极易开裂，施工时需要架设较多的临时支撑[1].如对实心薄板施加预应力，可有效改善其抗开裂性能，但不能减轻结构自重.且在多跨叠合板结构中，对于底板先简支、叠合后连续的板，其纵向接头处理对板整体受力及支座处塑性铰形成十分关键，但目前无明确的纵向接头处理技术.

本研究依据80 mm厚预应力空心板结构性能试验结果，分析了将该类板作为叠合板底板的可能性，并提出了以该类板作为叠合板底板时纵向接头的连接方法，在此基础上，将该类板与工程中常见板的主要经济指标进行对比，分析了其工程造价优势，以期为该类板的工程应用提供科学依据。

1 预应力空心薄板(80 mm厚)的结构性能试验结果分析

80 mm厚预应力空心板截面如图1所示.对跨度3.0、3.3、3.6、3.9及4.1 m跨的5块板采用堆载法对试验板施加均布荷载[2]，采用千分表量测挠度变化，在跨中截面粘贴混凝土应变片，监测跨中截面混凝土应变变化并获取开裂荷载等，加载方案如图2所示.根据试验测定结果，5块板的主要结构性能指标试验值[3]如表1所示.

表1中各项参数的确定是依据现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)计算.从表1看出，试验板的抗裂系数实测值都较其允许值高，两者的比值均在1.17～1.72之间，表明该类板有较好的抗开裂余量，实验过程中监测到试验板在开始加载至最终破坏的过程中，裂缝数量及裂缝宽度均得到充分的发展.试验板在标准检验荷载下短期挠度较大，短期挠度实测值均较其计算值大，两者的比值均在1.75～4.4之间，表明试验板在加载过程中挠度发展十分明显.试验板的承载力检验系数实测值均较其允许值大，两者比值在1.07～1.12之间，且板的最终破坏标志均为主筋拉断.

图1 80 mm厚预应力空心薄板

图2 80 mm厚预应力空心板加载图

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厚预应力空心薄板的结构性能各项指标合格，破坏时主筋拉断，裂缝发展充分，且有明显挠曲变形，属典型的延性破坏，因此，该类板可作为可叠合板的底板.

2 80 mm厚预应力空心板叠合板底板的纵向接头连接技术

汶川地震灾后调查表明[4]，对在中小学教学楼、医院等采用装配式楼盖的大开间建筑，预应力空心板与支撑梁或支撑墙体间仅靠座浆法连接远远不够.当地震纵波抵达时使结构构件上下颠簸，进而使连接处基本脱离；随后横波抵达，即将已与支撑失去有效连接的楼盖板从其支撑结构上晃落，进而形成坍塌，造成人们生命财产损失.

传统的预应力空心板装配式结构纵向接头施工时尚未统一规范，这主要与施工人员对预应力空心板的受力状态没有明晰的认识有关.对于在受力过程中呈简支状态的单向板，其纵向接头要求不高，底板是否设置胡子筋以及对胡子筋是否做处理对板受力性能影响不大.但对于采用预应力底板的多跨连续叠合板，其特点是底板先简支、叠合后连续，因此，对该类板要求支座处板纵向接头必须有可靠连接，使其在极限荷载或地震作用下，支座处可形成塑性铰并传递弯矩，进而实现内力重分布.

在当前采用预应力底板叠合楼盖板中，对底板纵向连接及预应力底板的胡子筋等均没有明确的方案要求.本研究结合在砖混结构中硬架支模的施工经验以及工程应用效果，并借鉴前期课题组对叠合连续板的加载试验结果[5]，采用纵向接头连接技术(图3).

即在预应力底板制作阶段预留5～6 cm的胡子筋，底板就位后，将纵向接头处两块板的胡子筋采用135°弯钩弯起并交叉，然后在交叉处放置一根直径6 mm横向连接筋；在支座上部布置负弯矩筋，负弯矩筋的直径和间距可根据跨度大小进行调整.该方法有效的加强接头的整体性，确保支座处塑性铰的形成，进而保证地震作用或偶然作用下的结构的整体性及耗能能力.

图3 叠合板底板纵向接头连接方式示意图

3 预应力空心板(80 mm厚)叠合板工程造价分析

参考预应力叠合板的应用情况[6]，选3.9 m跨度板为例，从主材材耗、辅材材耗、周转材料、叠合板额外费用等几个方面，初步估算对比以下三类板的技术经济指标：

A类板：全现浇结构，板厚120 mm.

B类板：叠合板结构，叠合板底板：60 mm预应力实心板，叠合层：60 mm.

C类板：叠合板结构，叠合板底板：80 mm预应力空心板，叠合层：60 mm.

将传统现浇板、底板为60 mm厚预应力实心板的叠合板、底板为80 mm厚预应力空心板的叠合板，分别从主材、辅材、施工周转性材料、以及叠合板额外增加费用等进行对比(表2).结果表明，采用60 mm厚实心底板的预应力叠合板结构，其造价较现浇结构的主要技术指标的造价有所增加，约提高6%；采用本研究的80 mm厚预应力空心板叠合板，其造价较传统现浇工艺在主要技术指标上增加约5%，但较60 mm厚实心底板的预应力叠合板结构造价降低约2.2%.因此，在装配式结构大规模推广的情况下，采用本项目的80 mm厚预应力空心板叠合板在经济上与其他类型底板的叠合板相比有一定优势[7].