钢筋桁架混凝土叠合楼板的连接和构造设计方法

潘金炎

(浙江省建筑科学设计研究院有限公司,浙江 杭州 310012)

装配式混凝土建筑的特点是大量的预制构件由车间生产加工完成,现场采用装配式施工的作业方式。预制构件种类主要有：外墙板、内墙板、叠合楼板、预制楼梯、叠合梁、预制柱等。其中的叠合楼板体系在整个结构中所占的比重较大,实际施工过程中,叠合楼板的施工工序较多,节点构造较为复杂,要求构件安装的精细化程度比较高,因此对施工单位的施工质量管理提出了更严格的要求。为此,需要深入研究叠合楼板的受力性能,特别是楼板支座连接构造和拼缝的设计方法,以期为工程设计提供参考。

1 钢筋桁架混凝土叠合楼板介绍

钢筋桁架混凝土叠合板与普通钢筋混凝土叠合板一样由预制底板和现浇层组成,不同之处在于预制底板除正常配置板底钢筋外,还配有突出板面的弯折型钢筋桁架,其构造见图1。该桁架将混凝土楼板的上下层钢筋连接起来,组成能够承受空间荷载的空间小桁架,现浇层混凝土成型后,空间小桁架成为混凝土楼板的上下层配筋,承受后期的各项使用荷载。目前采用的K形钢筋桁架由于制作简单、性能优良而成为被广泛采用的形式之一。K形钢筋桁架由上弦钢筋、下弦钢筋和弯折斜筋三部分焊接而成[1]。

如图1所示,钢筋桁架应沿板跨度方向布置。D0为钢筋桁架的水平间距,通常为450～600 mm,a为钢筋桁架的水平边距,通常为200～250 mm。叠合楼板中预制楼板的厚度h1可取75～125 mm。h2为楼板现浇层厚度,目前由于考虑管线埋设的需要,h2需大于80 mm厚才行。

图1 钢筋桁架混凝土叠合楼板构造

2 钢筋桁架混凝土叠合板的节点连接设计方法

2.1 叠合板之间的拼缝连接方法

2.1.1 当预制板之间采用整体式接缝时

当预制板之间采用整体式接缝时,可按双向板计算。根据《装配式混凝土结构技术规程(JGJ 1—2014)》[2]和《装配式混凝土建筑技术标准(GB/T 51231—2016)》的规定[3],有如下四种连接方式：

1)第一种连接方式(图2),应分别符合下列规定：

①后浇带宽度不宜小于200 mm。

②叠合板厚度不应小于10d,且不应小于120 mm。从板侧伸出的纵向受力钢筋锚固长度不应小于la,两侧钢筋在接缝处重叠的长度不应小于10 d,钢筋弯折角度不应大于30°,弯折处接缝方向应配置不少于2根通长构造钢筋。la为钢筋锚固长度,应符合《混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)》的规定。

图2 双向叠合板整体式接缝构造

2)第二种连接方式如图3a)所示,当预制板板底外伸钢筋为直线形时,钢筋搭接长度ll=1.6la,且不应小于300 mm。

3)第三种连接方式如图3b)所示,当预制板底外伸钢筋端部为90°弯钩时,钢筋锚固长度la应符合《混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)》的规定,90°弯钩钢筋弯后直段长度不小于12d。

4)第四种连接方式,如图3c)所示,当预制板底外伸钢筋端部为135°弯钩时,钢筋锚固长度la应符合《混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)》的规定,135°弯钩钢筋弯后直段长度不小于5d。

图3 双向叠合板整体式接缝构造

2.1.2 当预制板之间采用分离式接缝时

当预制板之间采用分离式接缝时,宜按单向板设计。目前也有以下两种做法：

1)第一种做法如图4a)所示,在预制板的顶面设置垂直于板缝的附加钢筋,锚入后浇层中的锚固长度不应小于15d,附加钢筋截面面积不宜小于预制板中该方向钢筋面积,钢筋直径不宜小于6 mm，间距不宜大于250 mm。板与板之间产生的施工缝隙可用接缝胶封堵。

2)第二种做法如图4b)所示,板之间预留30～50 mm的缝隙,在板底支模后,浇筑混凝土。

图4 单向叠合板板侧分离式拼缝构造

2.2 叠合板在支座受力端的连接方法

板受力端与墙或梁的连接,主要有以下两种连接方式：

1)第一种连接方式(图5),预制板内从板端伸出的受力钢筋锚入后浇混凝土中,锚固长度应大于5d(d为纵向受力钢筋直径),并宜伸过支座中心线,板端支承长度不小于15 mm,目的是起到叠合板支座处抗剪切应力的作用,剪切应力由预制底板、现浇混凝土层和钢筋共同承担。图中lab为钢筋基本锚固长度,应满足《混凝土结构设计规范(GB 50010—2010)》的规定。

图5 叠合板端构造

2)第二种连接方式(图6),当后浇混凝土叠合层厚度不小于100 mm,且不小于预制板厚度的1.5倍时,当预制板端没有伸出钢筋时,支承端预制板内附加钢筋可采用间接搭接方式锚入支承梁或墙的后浇混凝土中,附加钢筋伸入楼板的长度不应小于钢筋的搭接长度,伸入支座的长度不应小于15d或受拉钢筋锚固长度；附加钢筋直径不宜小于8 mm,间距不宜大于250 mm,同时在垂直于附加钢筋的方向布置不少于3根横向分布钢筋,钢筋直径不宜小于6 mm,间距不宜大于250 mm。

图6 叠合楼板板端构造

2.3 单向板在板侧支座处的连接方法

双向板的每一边都是端支座,不存在所谓的侧支座,以下只讨论单向板的侧支座连接构造方式：

2.3.1 当预制板的板底出筋时

当预制板的板底出筋时,其做法可参照图5所示,但板边可“侵入”墙或梁10 mm或离墙或梁有一个缝隙。

2.3.2 当预制板的板底不出筋时

当预制板的板底不出筋时,宜在紧邻预制板顶面的后浇混凝土叠合层中设置附加钢筋,钢筋间距不宜大于600 mm,在板的后浇混凝土叠合层内的钢筋锚固长度不小于15d,在支座内锚固长度不应小于15d,且宜过支座中心线。见图7。

图7 叠合板板侧支座构造

3 工程实例

以下结合工程案例介绍桁架钢筋混凝土叠合楼板的深化设计过程。该工程为杭政储出[2017]51号地块商品住宅项目,位于杭州市江干区国际商贸城地块,下沙板块、余杭板块交界处。项目用地总面积为76 674 m2,该项目由10栋点式高层住宅和6栋板式高层住宅及16栋多层住宅组成,共32栋住宅。1#～8#楼为16层的高层住宅,9#～32#楼为11层高层住宅,均采用现浇剪力墙结构,预制构件有混凝土外围护墙板、预制阳台板、叠合楼板及预制楼梯。其中的叠合楼板采用双向板布置方式,预制板厚度60 mm,叠合层厚度80 mm,板与板之间采用整体式接缝。该工程共用到的预制楼板种类有10种,楼板单块重量在1.0～1.5 t之间。图8为1#～8#楼2～16层叠合楼板的平面布置图。

图8 2～16层叠合楼板平面布置

4 结 语

叠合楼板是目前世界范围内装配式建筑中为数不多的实现自动化生产的预制板,但由于需要底板出筋,给模具制作、构件生产带来了工作效率的下降和制作成本的增加,特别是给现场的支座连接做法带来了很多困难,施工安装环节钢筋碰撞十分常见,但究竟预制底板出筋对楼板连接的整体性贡献有多大,也缺乏定量的分析。所以预制底板出筋对叠合楼板的整体性的影响和必要性研究是装配式建筑发展需要研发的课题。

由于在叠合楼板预制底板上需要埋设很多线盒和管线,导致生产效率的下降,实际上也是一种很落后和不合理的做法。因为管线的寿命是10年、20年,结构混凝土的寿命是50年甚至更长,两者不同步。当埋设在混凝土中的管线使用寿命到期时,由于埋设在混凝土中,很难维修和更换。在国外的装配式建筑中大多有设备夹层、装修吊顶,所有管线、线盒、管道均不在混凝土结构中预留,对日后维修非常便利,这也是我国装配式建筑发展的必然趋势。