装配式建筑预制叠合楼板标准化探索

韩坚强,肖景平

(1.绍兴市建筑产业现代化促进中心,浙江 绍兴 312000 ；2.华汇工程设计集团股份有限公司,浙江 绍兴 312000)

2019年初,针对绍兴市相关设计、生产、施工企业的需求,绍兴市住房和城乡建设局组织开展了装配式混凝土住宅建筑水平构件标准化研究工作,该项工作具体由绍兴市建筑产业现代化促进中心指导,由华汇集团、佳汇设计、宝业制造等十余家企业共同研究,并开展了预制叠合楼板、预制楼梯、预制阳台板空调板的研究工作,其中预制叠合楼板标准化工作较为复杂,为此开展了大量调查及创新研究工作,形成了预制叠合楼板标准化图集,并开展了试点项目的应用工作。

1 问题调研

1.1 现行图集相关内容

装配式建筑预制叠合楼板现行国家图集《桁架钢筋混凝土叠合板(60 mm厚底板)(15G366-1)》的主要内容如下：

1)提出了预制板的编号规则,钢筋配置组合编号；

2)底板厚度为60 mm,给出后浇叠合层厚度分别为70、80、90 mm的三种选择；

3)绘制了标志宽度分别为1 200、1 500、1 800、2 000、2 400 mm五种规格,长度从3 000～6 000 mm(按300 mm为模数)的单向板、双向板边板、双向板中板的模板图和配筋图；

4)绘制了预制板吊点设置示意图,提出堆放要求及绘制了垫木摆放示意图；

5)绘制了预制板接缝构造图,以及预制板与支座的节点构造图；

6)绘制了楼板拆分设计示例图。

1.2 图集与相关标准的关系

1)《桁架钢筋混凝土叠合板(60 mm厚底板)(15G366—1)》对《装配式混凝土结构技术规程(JGJ 1—2014)》有很好地响应,但因《装配式混凝土建筑技术标准(GB/T 51231—2016)》在2016年发布,故对《装配式混凝土建筑技术标准(GB/T 51231—2016)》5.5.2条“高层装配式建筑屋面层和平面受力复杂的楼层采用叠合楼盖时,楼板的后浇叠合层厚度不应小于100 mm”没能响应。

2)现行装配式建筑评价标准有《工业化建筑评价标准(GB/T 51129—2015)》《装配式建筑评价标准(DB33/T 1165—2018)》,其中后者是在前者的基础之上,根据地区差异制订的浙江省省级标准,是对前者的补充完善,目前浙江省内执行该标准。

《装配式建筑评价标准(DB33/T 1165—2018)》与预制板相关的内容如下。

1)4.0.1要求：水平预制构件：梁、板、楼梯、阳台、空调板等构件,装配率要求70%≤比例≤80%。

2)4.0.10明确：梁、板、楼梯、阳台、空调板等预制构件应用比例为所有楼层水平预制装配构件的水平投影面积之和与所有楼层水平预制构件水平投影面积之和的比值。

3)4.0.11明确：叠合楼板、屋面板的预制底板间的宽度小于300 mm的后浇混凝土带的水平投影面积,可计入预制装配构件的水平投影面积。

由此可知《装配式建筑评价标准(DB33/T 1165—2018)》中,对水平预制构件的装配率比例要求较高,如此能预制的水平构件就必须考虑预制,因此对于高层住宅建筑而言,加强区域的楼板、屋面板,以及厨房楼板、公共区域的走道板就尽可能要预制；其二,现行标准对于宽度不大于300 mm的双向预制板的拼缝面积可以全部计入预制构件水平投影面积,如此就要求双向预制板的拼缝宽度要尽可能限制在300 mm宽。

1.3 设计需求调研

1)预制底板选择 经对绍兴地区2017年开始建设的装配式住宅建筑的调研发现,除了两个安置房项目外,其余项目均采用的是双向预制底板(后浇带连接)。在调研过程中,设计人员反映,住宅建筑项目业主普遍担心,分离式拼缝所产生的楼板底部的20 mm拼缝填补困难,且易后期裂开；而浙江区域的住宅天花板普遍不吊顶,如此一旦拼缝处填补材料裂开。就会影响住宅销售及产生后期投诉,所以坚持要求采用后浇带拼缝方式；而装配式公建项目因大部分存在装饰吊顶,所以业主在拼缝方式上无特殊指定要求。

2)住宅建筑中,除了部分走道楼板外,其余大部分楼板均为双向受力板。

3)改善型商品住宅项目中,大尺寸楼板出现频率较高,其中万科做得最极致,出现了9 200 mm×5 200 mm 楼板,但是在长宽两个方向上楼板尺寸均突破6 m的未出现,但不排除今后项目中出现的可能。

4)除了叠合楼板因构造原因厚度较整浇楼板厚度大外,楼板附加恒荷载也有增大趋势(楼板保温要求,以及部分住宅加装地暖)，也对楼板厚度提出了要求。

5)住宅建筑中轴线间距以300 mm为设计模数的居多,但仍然存在大量的其他设计模数尺寸,其中又以100 mm为设计模数的居多。

6)住宅建筑楼板孔洞 住宅建筑楼板(不含厕所楼板)普遍存在电气接线预埋盒,经初步统计,带预埋盒的预制底板占比约为70%。

7)拆分详图绘制 装配式建筑叠合楼板目前普遍没有采用国家图集,而是由设计人员参考国家图集,专门绘制预制板详图,详图绘制也呈现百花齐放现象,比较典型的是钢筋桁架间距不一，桁架下弦钢筋是否纳入底板钢筋共同计算不一，编号方式及符号表达不一，吊点设置方式不一等。

1.4 生产需求调研

通过会议调研及发放调研表、电话沟通,得出如下调研内容：

1)住宅项目预制楼板以双向预制底板(后浇带拼缝)为主,单向预制底板(分离式拼缝)项目很少。

2)建议取消国家图集中预制底板边缘的上部倒角,因为没有实际意义,生产时也没有采纳。

3)预制底板实际宽度不应大于3 m,以适应生产流水线模板的宽度,以及车辆运输的最大运载宽度要求。

4)建议在钢筋桁架下增加一根下部受力钢筋。如此，当在钢筋桁架下部底板位置有预埋线盒,钢筋桁架稍许移位不影响底板受力。

1.5 施工现场走访

为了解预制底板分离式拼缝施工完成的实际情况,特意走访了绍兴市区2017年开工的念亩头组团安置房项目,对密拼缝原状缝隙进行排查,存在三种情况：一是合格的密拼缝,即预制底板拼缝紧密，无漏浆现象，拼缝两侧无高差；二是存在漏浆现象的拼缝,拼缝相对较宽；三是拼缝两侧有明显高差,产生原因估计是预制底板下部支撑标高控制有误,或者预制板自身挠度偏大。见图1。

图1 有高差的密拼缝

该项目业主方工程技术人员针对密拼缝的填补问题,正在对填补材料及方法进行试验,目前考虑环氧树脂砂浆填补缝隙,接着在缝隙外挂钢丝网或耐碱玻纤网格布,然后抹灰。对于住宅交房投入使用后,密拼缝是否会再次裂开,还有待实践的检验。

2 标准化设计

2.1 设计原则

根据上述的调研研究,对钢筋桁架混凝土叠合板图集编制确定了如下设计原则：

1)以国家标准、浙江省标准、绍兴市规范性文件为本图集编制的准绳,以充分满足技术规范管理要求。 2)接轨国家图集《桁架钢筋混凝土叠合板(60 mm厚底板)(15G366—1)》,并在此基础上优化改进,以降低编制难度,以及提升本图集的通用性。

3)以现有技术研究成果、调查研究成果为本图集编制的核心,使得本图集内容科学适用。

2.2 双向底板设计

2.2.1 设计模数

鉴于300 mm的设计模数在实际住宅项目设计上难以完全做到,因此本图集将设计模数调整为100 mm。如此经过反复测算,边板标志宽度在原有的5种规格1 200、1 500、1 800、2 000、2 400 mm的基础上增加3种规格1 700、2 600、2 700 mm,共8种规格,以实现楼板宽度从3～5.4 m的双拼需求(除2 900、3 100、4 900 mm的楼板宽度)。

5.4 m以上考虑三拼,故在边板基础上,增加1 500、1 800、2 000 mm共3种规格中板,可实现最大到 7 400 mm 拼接宽度。如此，基本能覆盖住宅楼板的拼接需求。

2.2.2 后浇带设计

后浇带按照300 mm的定宽控制,当底板采用8 mm 钢筋时,后浇带宽度正好满足钢筋搭接长度要求；当采用10 mm钢筋时,在后浇带处采取加强措施,见图2。

图2 后浇带钢筋加强措施

图3 后浇带附近尺寸调节做法

2.2.3 尺寸调节

对于楼板宽度2 900、3 100、4 900 mm的楼板,以及不符合100 mm模数的其他楼板宽度,采用在底板后浇带一侧增加底板宽度的做法来代替国家图集增加后浇带宽度做法。见图3。

另外,切实考虑楼板在长度方向的可变性,给出了楼板长度在对应钢筋间距范围内变化时的模板图及钢筋配置方法。

2.3 单向底板设计

因单向预制底板为密缝拼接,所以如使用则必须考虑设置50 mm的薄吊顶,并建议考虑水平分布的管线与楼板分离,管线全部走板底。如此，可以使得单向预制底板不用设置电线盒,更加有利于标准化生产。因此,经仔细分析后,笔者绘制了标志宽度为1 200、1 500、1 800、2 100 mm的4种标准板,以及1种1 200 mm变宽板(即宽度可在650～1 200 mm间变动)。由此,在一个楼板区间内,均可以使用1块变宽板与多块标准板进行组合拼接,这样既可尽量满足标准化要求,亦可兼顾灵活性要求。

2.4 整板设计

2.4.1 双向整板底板

双向整板设计采取了上述双向底板的设计策略,给出了1 200、1 500、1 800、2 100、2 400、2 700、3 000 mm为基本标志尺寸,底板长宽可变的模板图及钢筋配置方法,从而适应3 m以下的整板设计需求。

2.4.2 单向整板底板

单向整板给出了1 200、1 500、1 800、2 100、2 400 mm为基本标志尺寸,底板长宽可变的模板图及钢筋配置方法,从而适应2.4 m宽度及以下的走廊、阳台的设计需求,同时给出了单向整板在非受力边的拼接节点图。

2.5 底板编号

1)本图集底板编号方式参照国家图集,但有几点不同,一是在整个编号前增加了一个“S”,表示“绍兴”；整板用“Z”代替拼接板的“S”。

2)鉴于实际情况下,存在个别楼板尺寸可能以cm计,故本图集提出底板标志长度及标志宽度在“特殊尺寸时可标注为XXXXXXXX”。

3)对于高层剪力墙体系住宅加强部位楼层,因其叠合楼板标志宽度、标志长度同标准层是一致的,为了防止混淆,采取在底板编号上增加支座宽度代号来标识。见图4。

图4 底板编号

2.6 生产及施工阶段验算

2.6.1 吊装验算

2.6.1.1 吊点

钢筋桁架混凝土预制底板生产、运输及施工阶段均呈水平状态,因此在脱模吊装、运输吊装、安装吊装均可以使用相同的吊点位置。

2.6.1.2 对象选择

根据验算,吊装最不利的底板为4 800 mm×2 400 mm×60 mm的预制整板底板,为准确反映其受力状态,特采用有限元法计算。分析时,桁架钢筋规格采用A80,最外层钢筋保护层厚度取15 mm,共设置6个吊点,分析了两种吊装方案,分别为A方案和B方案。

A方案：本方案中,4个端部吊点距离预制板边距离为0.71 m,而与中部吊点间的距离为1.6 m,见图5～7。

图5 方案A吊装方案

图6 方案A预制板最大主应力(Pa)

图7 方案A预制板挠度(m)

结果表明：吊装过程中钢筋桁架的最大应力出现在吊点附近的腹杆,且最大拉应力为84.7 MPa；而底板的分布钢筋的最大应力为4.9 MPa,且最大应力出现在中部；预制板混凝土的最大拉应力出现在吊点附近的小范围区域,且最大值约为1.4 MPa；板的最大挠度约为1 mm。上述结果表明,该预吊装方案是可接受的。

B方案：本方案中,4个端部吊点距离预制板边距离为0.51 m,而与中部吊点之间的距离为1.8 m,其余参数与该规格预制板的吊装方案A相同,见图8～10。

图8 方案B吊点位置布置示意

图9 方案B预制板最大主应力(Pa)

图10 方案B预制板挠度(m)

结果表明：吊装过程中钢筋桁架的最大应力出现在中部吊点附近的腹杆,且最大拉应力达到106.7 MPa；而底板的分布钢筋的最大应力为5.2 MPa,最大应力同样出现在中部；预制板混凝土的最大拉应力出现在中部吊点附近的小范围区域,且最大值约为1.7 MPa；板的最大挠度约为0.8 mm。上述结果表明,该预吊装方案中预制板的最大应力显著大于吊装方案A,特别是在中部吊点板附近小范围,预制板顶部出现较大的拉应力。

从上述建模分析可见,吊点间距应控制在1.8 m 范围内,吊点外悬挑部分选择0.6 m处是基本合适的。另外要注意到吊点位置是在钢筋桁架波浪形腹筋的波峰位置,因此在预制底板生产时,吊点的埋设要采取吊点间距、悬挑长度双控。

2.6.2 施工安装验算

2.6.2.1 临时支撑

《桁架钢筋混凝土叠合板(60 mm厚底板)(15G366—1)》总说明8.9条“在底板距离支座500 mm处设置一道支撑,当底板标志长度小于4.8 m时,在底板跨中设置一道支撑；当底板标志长度大于4.8 m，小于6.0 m时,在跨内设置两道支撑”。按此条件进行试算,得出施工安装最不利的底板为4 800 mm×2 400 mm×60 mm预制整板底板。

2.6.2.2 验算

采用理正结构设计工具箱软件7.0PB4SP1进行计算,得到如下计算结果，见表1。

表1 底板试算结果

可见当施工阶段可变荷载标准值取1.5 kN/m2时,在上述临时支撑作用下,预制底板承载能力及正常使用极限状态安全,但是开裂弯矩略有些偏大,可以考虑适当加大悬挑端长度,由“在底板距离支座500 mm处设置一道支撑”改为“在底板距离支座600 mm处设置一道支撑”,试算结果见表2。

表2 底板试算结果

因此,在本图集总说明中临时支撑要求改为：在底板距离支座600 mm处设置一道支撑,当底板标志长度小于4.8 m时,在底板跨中设置一道支撑;当底板标志长度大于4.8 m、小于6.0 m时,在跨内设置两道支撑。

3 设计创新点总结

本钢筋桁架混凝土叠合底板图集在国家图集的基础上,结合绍兴地区住宅建筑设计、生产、施工的实际情况及需求,进行了针对性研究,其创新点主要体现在以下几个方面,分别是：

1)以100 mm为模数设计了8种边板、3种中板；以设置薄吊顶为前提,设计了4种标准单向预制底板,1种变宽底板；增加了双向整板、单向整板；增加了自由模数的预制底板模板图和配筋图,以及明确了相关的编号方式。如此,设计人员可以根据实际需求自由选择底板尺寸,解决了设计人员有国家图集无法有效使用,需要专门绘制底板模板图、配筋图的现状,从而极大提升了设计效率。

2)本图集经过调研及验算,改变了国家图集同一底板存在纵向横向不同直径、间距的配筋模式,将同一底板纵向横向配置的钢筋直径、规格统一为6种形式,如此不仅充分满足叠合楼板实际配筋需要,也符合设计人员实际配筋习惯,切实避免了设计及生产差错。

3)国家图集出版时间较早,与新发布的国家及浙江省地方装配式建筑标准有部分不相符合的内容,在本图集中均予以了纠正和响应。如为响应《装配式建筑评价标准(DB33/T 1165—2019)》关于水平预制构件装配率要求及后浇带宽度要求,提出了新的“δ”宽度调整方法；为响应《装配式混凝土建筑技术标准(GB/T 51231—2016)》关于屋盖板厚度要求,以及适应住宅大平板楼板的发展趋势,增加了对应160 mm厚度叠合楼板的A110/B110钢筋桁架。

4)针对国家图集中不同长度的底板吊点位置、间距不同,容易在设计选用及生产预埋时出错的实际情况,本图集在有限元验算的基础上,简化及统一了吊点设置方法,即吊点距端部不大于600 mm,吊点之间间距不大于1 800 mm,如此既保证了吊装安

全,又极大减少了设计及生产出错率。另外对施工安装阶段的底板下临时支撑位置也进行了验算,对临时支撑位置进行了优化。

5)本图集充分考虑了与国家图集相互衔接的要求,在参考国家图集预制底板编号方式的基础上,在编号上增加了代表绍兴的“S”字母以及其他标识符号,由此不仅解决了在同一个设计项目中2种图集共同引用的情况,也解决了原国家图集在编号上的缺失。

4 结 语

标准化工作必须是问题导向,需求来自生产,成果服务于生产,而装配式建筑标准化涉及多个产业链相关环节,更要兼顾多方需求。所以绍兴在开展本项工作时,就组织设计、生产、施工单位形成一个课题组,使得彼此需求相互碰撞,最后形成一个各方都能接受的方案,如此才能保证标准化成果的广泛应用,真正促进装配式建筑在标准化道路上的持续前行。