桁架鋼筋混凝土疊合板的優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

戴 琦, 余 峰

(1.成都廣益技術(shù)咨詢有限公司, 四川成都 610015； 2. 四川高速公路房地產(chǎn)開發(fā)有限公司, 四川成都 610000)

隨著我國城市化進(jìn)程不斷深入,建筑產(chǎn)業(yè)化是城市發(fā)展的必然趨勢，裝配整體式建筑正符合建筑產(chǎn)業(yè)化的要求。在我國數(shù)十大城市，政府已對新建工程的預(yù)制裝配率提出了相應(yīng)的要求，且提出到2020年裝配式建筑需占新建建筑的比例20 %以上，到2025年要求比例達(dá)到50 %以上的目標(biāo)。目前在裝配建筑中應(yīng)用最廣泛也最成熟的是疊合板的設(shè)計(jì)，然而施工與設(shè)計(jì)的配合，成本的控制等細(xì)節(jié)的考量仍值得細(xì)究。

本文以裝配建筑(PC)中的疊合板為例，嘗試梳理與普通混凝土現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的區(qū)別。

1 桁架鋼筋混凝土疊合板與普通混凝土樓板的區(qū)別和優(yōu)劣

目前，國內(nèi)大多數(shù)已建建筑結(jié)構(gòu)采用的是現(xiàn)澆混凝土樓蓋，由于多年經(jīng)驗(yàn)積累，混凝土生產(chǎn)和泵送技術(shù)相對成熟，對工人技術(shù)水平和素質(zhì)要求不高，農(nóng)村勞動力相對便宜，成為近十多年來建筑工程的主流結(jié)構(gòu)形式。

隨著國家對節(jié)能環(huán)保提出更高要求，以及勞動力成本上升帶來的壓力，推廣并實(shí)施建筑產(chǎn)業(yè)化是一條必經(jīng)之路。其中PC建筑中樓板的最常用型式就是桁架鋼筋混凝土疊合板，其優(yōu)勢相當(dāng)明顯，其與普通混凝土樓板的優(yōu)劣簡單對比，見表1。

桁架鋼筋混凝土疊合板(雙向板)和普通混凝土現(xiàn)澆樓板在經(jīng)過數(shù)年試驗(yàn)和工程檢驗(yàn)后，得出結(jié)論兩者的極限承載力、剛度、延性和破壞形態(tài)基本相同，設(shè)計(jì)時(shí)可按普通混凝土樓板考慮。在造價(jià)上，若建筑平面布置合理，疊合板種類數(shù)量得以控制，從理論上說，造價(jià)將低于現(xiàn)澆普通混凝土樓蓋。但目前工程實(shí)施中，很難在造價(jià)上優(yōu)于普通現(xiàn)澆混凝土樓板，故在疊合板設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上的優(yōu)化，對控制造價(jià)有一定意義。

2 疊合板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

就目前國內(nèi)裝配式建筑在建設(shè)過程中，普遍存在疊合板綜合造價(jià)高于普通現(xiàn)澆樓板，施工速度優(yōu)勢發(fā)揮不出來的局面。通過對建筑平面、疊合板板跨的選擇、疊合板選板標(biāo)準(zhǔn)等的優(yōu)化，更好發(fā)揮出疊合板的優(yōu)勢。

2.1 建筑平面布局合理調(diào)整，減少疊合板種類

以普通住宅為例，由于市場要求，建筑戶型要求越來越多變，開間尺寸各不相同。未能根據(jù)疊合板的優(yōu)勢對建筑平面做相應(yīng)調(diào)整。

表1 現(xiàn)澆樓板與桁架疊合板的對比

由于受運(yùn)輸車輛尺寸限制，15G366-1《桁架鋼筋混凝土疊合板》和川標(biāo)16G118-TY規(guī)定的疊合板最大板寬為2.4 m和3.6 m。同時(shí)，JGJ 1-2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中考慮到預(yù)制板接縫處應(yīng)變集中，提出“板接縫宜設(shè)置在疊合板的次要受力方向上且避開最大彎矩截面”，即原本可選兩個(gè)預(yù)制板拼縫的開間宜劃分為三個(gè)板。這一規(guī)定帶來的問題是臨時(shí)支撐數(shù)量的增加，成本上升。

疊合板的最大優(yōu)勢在于少了施工現(xiàn)場模具費(fèi)和施工速度快。當(dāng)有需要拼縫的板則需要加設(shè)更多支撐，而沒有起到節(jié)約腳手架的目的。目前考慮整體剛度，樓板宜按雙向板設(shè)計(jì)，接縫要求采用整體式接縫，寬度不宜小于200 mm，在施工時(shí)將耗費(fèi)大量人工在拼接吊裝板和調(diào)平板面上，施工速度的優(yōu)勢將被降低，見圖1。

圖1 疊合板臨時(shí)支撐

若建筑平面規(guī)整、開間尺寸種類盡量歸并，在疊合板造價(jià)中的影響不容小視。對相近開間尺寸，設(shè)計(jì)在規(guī)范許可范圍內(nèi)，常有多種選擇。合理的選板原則應(yīng)該是：首先，一個(gè)開間內(nèi)若能選擇一個(gè)疊合板布置，盡量選一個(gè)疊合板；其次，不同開間尺寸差別不大時(shí)，首先根據(jù)整個(gè)平面選定一個(gè)基本寬度板(使用最多的板)，盡可能調(diào)節(jié)接縫寬度減少模板種類，但接縫寬度不宜過寬，否則疊合板失去預(yù)制的意義。

2.2 板厚與板跨的合理布置

疊合板的預(yù)制板厚度不宜小于60 mm，后澆混凝土層不應(yīng)小于60 mm，即疊合板最小厚度不宜小于120 mm。對小開間的住宅樓板，大多數(shù)現(xiàn)澆板板厚100 mm就足夠，采用疊合板后各層樓板均加厚20 mm，樓面恒荷載增大50 kg/m2左右，荷載的增加對梁板柱基礎(chǔ)配筋的增大，混凝土用量的增多，都造成造價(jià)不降反增的局面。板跨小板厚大，板中鋼筋的抗拉性能得不到充分利用，對疊合板性能也有較大浪費(fèi)，沒發(fā)揮出疊合板優(yōu)勢。

為充分利用疊合板中鋼筋的抗拉性能，建筑在平面布置時(shí)，單向板按1/30考慮，雙向板按1/35考慮，跨度單向板不宜小于4.2～4.8 m，雙向板不宜小于5.4～6 m，是較為經(jīng)濟(jì)的作法，可作為設(shè)計(jì)參考。若板跨更大,疊合板厚加大，現(xiàn)澆層加厚,整體剛度更高，水電管線預(yù)埋也更容易，疊合板的優(yōu)勢體現(xiàn)更明顯。

2.3 預(yù)埋電管對疊合板厚度的影響

疊合板中不可避免的會有電氣管線預(yù)埋敷設(shè)在現(xiàn)澆層中，有時(shí)集中于某一處的管線多達(dá)7～8根，這些管線直徑多為15～32 mm，穿梁而過，甚至立體交叉。工地上常看到走板穿梁的電管預(yù)埋如圖2所示。

圖2 樓板的電管預(yù)埋

若為普通現(xiàn)澆板，板厚100 mm的范圍內(nèi)預(yù)埋只需避免立體交叉穿越對板的削弱即可?，F(xiàn)采用疊合板，現(xiàn)澆層僅60 mm，板面保護(hù)層15 mm，除去板面負(fù)筋三角桁架空間僅40 mm左右。若電管并排穿桁架，施工的排管和操作會耗費(fèi)大量人工和時(shí)間。線管交叉位置，現(xiàn)澆板被削弱地過薄甚至影響鋼筋保護(hù)層厚度。在穿梁位置,梁鋼筋需直徑16 mm以下方可穿過，否則線管需彎折；若梁鋼筋為雙排，且用至25 mm直徑,可能還存在線管無法穿過的困難，見圖3。施工上確實(shí)存在的困難在設(shè)計(jì)中也應(yīng)有所考慮，現(xiàn)提出三種可行方法：一是將現(xiàn)澆層加厚10 mm,增大走管空間，但會造成結(jié)構(gòu)自重和成本的再增加；二是將梁加高10 mm并上翻，梁面抹灰減少10 mm，保證電管的順利穿梁，見圖4；三是若有剪力墻，由于墻鋼筋間距較大，可考慮將穿梁的管線走向改為穿剪力墻。

圖3 管線彎折穿梁

圖4 梁加高并上翻

3 疊合板出現(xiàn)裂縫的認(rèn)識

從理論上講，工廠生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)制板，在攪拌、溫控、養(yǎng)護(hù)和堆放上都比施工現(xiàn)場便于管理和控制，出廠產(chǎn)品質(zhì)量有保證。但從實(shí)際工程情況來看，有些預(yù)制板在送到工地時(shí)已出現(xiàn)不同程度的裂紋，在經(jīng)過工地堆放和吊裝后，到達(dá)安裝點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)更多裂縫。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)主要原因在于工人依然沿用普通現(xiàn)澆板的工人，沒經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，工人水平和素質(zhì)不高，施工現(xiàn)場各方管理混亂，材料的不合理堆放、頻繁吊裝或吊裝點(diǎn)不正確，導(dǎo)致預(yù)制板出現(xiàn)不同程度的裂縫。但并非在安裝前出現(xiàn)裂縫，預(yù)制板就報(bào)廢，根據(jù)裂縫的發(fā)展程度、裂紋寬度和深度作出合理判斷，也是設(shè)計(jì)需要把控的關(guān)鍵點(diǎn)。

雖然預(yù)制板是工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，但依然是普通混凝土構(gòu)件。由于板厚較薄，整體剛度不大，混凝土干縮有可能產(chǎn)生不規(guī)則細(xì)裂紋(龜裂)，一般出現(xiàn)在板中部，細(xì)而無規(guī)律，淋水會滲水，此類裂紋在疊合板的現(xiàn)澆層澆筑后，混凝土的水泥漿將自動下滲填補(bǔ)裂紋的縫隙，裂紋會自行愈合，不影響預(yù)制板的性能，也無需作額外性能檢測。

若在運(yùn)輸、吊裝等過程中出現(xiàn)了較易辨識的通長裂縫，則需對裂縫進(jìn)行評估并采取相應(yīng)措施后再繼續(xù)使用。

若板縫在拼裝前出現(xiàn)上下裂通的裂縫，且裂縫寬度大于0.5 mm，則需評估該板是否應(yīng)報(bào)廢。

對于住宅建筑，即便板本身帶裂縫工作不影響其安全性能，但在集中用水區(qū)域，若因?yàn)榱芽p或雙板拼縫位置滲水，會對房屋的使用造成一定影響，故建議廚衛(wèi)等小開間用水區(qū)域按普通現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

建筑工業(yè)化的推廣和使用是符合國際化趨勢，是更加環(huán)保且節(jié)約的技術(shù)方式。由于受國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)水平、工人專業(yè)素質(zhì)、經(jīng)驗(yàn)積累等影響，還沒達(dá)到預(yù)期效果。除卻施工和生產(chǎn)方面的影響，從設(shè)計(jì)的合理性看，列舉了4點(diǎn)建議：

(1)在疊合板選擇時(shí)，單開間優(yōu)選單板，次選多板拼縫。

(2)裝配建筑的概念建議在項(xiàng)目方案階段介入，建筑開間尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能發(fā)揮疊合板板厚和鋼筋性能的優(yōu)勢，將板跨考慮在4.2 m以上。

(3)現(xiàn)澆層內(nèi)預(yù)埋電管空間小，施工難度大，應(yīng)優(yōu)化管線排布，盡量避免穿梁改為穿墻，若不能避開穿梁的，可考慮將梁上翻10 mm，便于電管穿過。

(4)疊合板在安裝前不可避免出現(xiàn)不同裂縫時(shí)，應(yīng)合理判斷，并提出處理意見。