王仕琪

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州510010）

1 項目概況

某工程為學(xué)校建筑，單棟建筑樓層層數(shù)4～6 層，均為框架結(jié)構(gòu)體系建筑。為響應(yīng)國家推動建筑工業(yè)化的號召，本項目采用裝配式結(jié)構(gòu)，其中主體豎向及水平構(gòu)件分別均采用帶鋼節(jié)點整體預(yù)制混凝土柱、帶鋼連接件預(yù)制混凝土梁，板及樓梯等結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用預(yù)制混凝土構(gòu)件；外圍護墻隔墻采用預(yù)制輕質(zhì)混凝土間隔墻?；炷翗?gòu)件預(yù)制率約35%，建筑裝配率約54%（按國家標(biāo)準(zhǔn)計算方式）。

2 大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板的結(jié)構(gòu)形式

裝配式建筑推動了建筑工業(yè)化，裝配式樓板是裝配式建筑的一個重要發(fā)展方向。當(dāng)前，各地采用的裝配式樓板主要是整體預(yù)制混凝土板、樓承板（壓型鋼板及鋼筋桁架樓承板等）和混凝土疊合板（鋼筋桁架疊合板及PK 疊合板等）這3 種。但是，整體預(yù)制混凝土板由于其自重較大，吊裝及安裝非常困難，使得施工周期延長；而樓承板由于鋼模外露，施工澆灌混凝土后，還需對鋼模進行拆除或作防火防腐措施，使得施工成本較高，且在使用期間維護費用增加。對比于前兩者，目前普遍使用的疊合板基本能夠滿足裝配式建筑施工及使用的要求，疊合板自重較輕，且與梁、柱、墻等構(gòu)件具有較好連接，但是，現(xiàn)有疊合板在施工過程中還存在著以下缺陷：

⑴當(dāng)板跨較大時，由于疊合板的承載力不足，在其施工過程中，必須設(shè)置相應(yīng)的豎向支撐，從而導(dǎo)致施工工期延長。

⑵現(xiàn)有疊合板均是預(yù)制板，該疊合板在現(xiàn)場安裝后即為樓板，由于疊合板的厚度就是樓板的厚度，因此，疊合板在制作完成后，其板厚較大，不僅吊裝及安裝非常困難，延長了施工周期，而且整樓自重較大。

對此本工程創(chuàng)新性地采用了一種適用于裝配式的大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板［1-2］（見圖1）。本大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板包括2 對或3 對角鋼、混凝土預(yù)制層、板底主受力筋、板底分布筋和鋼桁架受力筋，各對角鋼沿縱向設(shè)置且并列排布，每對角鋼中的2個角鋼呈背向設(shè)置且2個角鋼的腹板之間留有空隙，在每對角鋼的頂端沿縱向設(shè)有用于連接該對角鋼腹板的鋼桁架受力筋，板底主受力筋沿縱向設(shè)置為并列排布的數(shù)條，板底主受力筋的上端與角鋼翼緣的上表面相平齊，板底分布筋沿橫向設(shè)置為并列排布的數(shù)條，板底分布筋位于板底主受力筋上并與所述角鋼的腹板相連，板底主受力筋、板底分布筋和角鋼的翼緣均處于混凝土預(yù)制層中。

圖1 組合鋼桁架混凝土疊合板的結(jié)構(gòu)形式Fig.1 Structural Form of Composite Steel Truss Concrete Laminated Panel

3 大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板的計算分析

對組合鋼桁架混凝土疊合板采用大型非線性有限元分析軟件ABAQUS 進行計算分析（見圖2），模擬組合鋼桁架混凝土疊合板在預(yù)制完成后現(xiàn)場吊裝的受力工況（考慮自重和1.5 的動力系數(shù)，工況1）、現(xiàn)場剛澆筑完成時的安裝靜力工況（考慮豎向重量和施工活載，工況2）、以及考慮跨中或邊緣最不利不均勻布置的現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r的澆筑動力工況（考慮豎向荷載在施工過程的動力工況及施工活載，工況3），分析上述工況下本組合鋼桁架混凝土疊合板的受力情況［3-4］。其中混凝土采用損傷模型實體單元模擬，型鋼采用殼單元模擬，模型的混凝土強度等級、尺寸（4 m板跨）等均按結(jié)構(gòu)施工圖建立。

圖2 ABAQUS有限元模型Fig.2 ABAQUS Finite Element Model

根據(jù)ABAQUS 分析結(jié)果（圖3～圖4），施工吊裝階段（考慮動力系數(shù)），鋼桁架混凝土疊合板中的型鋼的最大MISES 應(yīng)力為17.04 N∕mm2，混凝土沒有出現(xiàn)損傷；在考慮現(xiàn)場澆注混凝土完成時的靜力工況（工況2）和考慮不均勻布置的澆注混凝土動力工況（工況3），鋼桁架混凝土疊合板底部混凝土出現(xiàn)受拉裂縫，疊合板處于帶裂縫工作狀態(tài)，疊合板中的型鋼的最大MIS?ES應(yīng)力為249 N∕mm2，小于Q355型鋼的設(shè)計應(yīng)力值［5-8］。

圖3 角鋼應(yīng)力Fig.3 Stress of Angle Steel

圖4 混凝土的受壓損傷Fig.4 Compressive Damage of Concrete

由分析可見，組合鋼桁架混凝土疊合板可以充分利用材料性能，在滿足現(xiàn)場施工承載力要求的情況下，進一步實現(xiàn)大跨度免支撐施工，縮短施工工期，推動裝配式的發(fā)展。

4 大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板的施工方法

大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板的施工方法［9-10］，其特征在于包括以下步驟：

⑴制備所述裝配式大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板，包括在模具中沿縱向搭建數(shù)條板底主受力筋，各板底主受力筋并列排布，并在模具中沿縱向架設(shè)并列排布的角鋼，板底主受力筋的上端與角鋼翼緣的上表面相平齊；在板底主受力筋的上方搭建橫向并列排布的數(shù)條板底分布筋，并將板底分布筋與所述角鋼的腹板相連；在每對角鋼的頂端沿縱向設(shè)置鋼桁架受力筋，并將鋼桁架受力筋連接該對角鋼的腹板；向模具中澆筑混凝土，將板底分布筋、板底主受力筋和角鋼的翼緣澆筑在混凝土中，形成混凝土預(yù)制層；

⑵將制備完成的疊合板運送至施工現(xiàn)場；

⑶將運送至施工現(xiàn)場的疊合板吊裝至安裝位置；

⑷在疊合板的上方綁扎樓板的面筋鋼筋網(wǎng)，即在疊合板的板底分布筋的上方綁扎面筋鋼筋網(wǎng)，其中，疊合板的鋼桁架受力筋作為樓板面筋鋼筋網(wǎng)的一部分；

⑸根據(jù)樓板的設(shè)計厚度進行混凝土一體澆筑。

5 大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板的優(yōu)點

⑴在板底設(shè)有板底主受力筋和板底分布筋，在板的受力方向加設(shè)數(shù)對角鋼，能夠完全滿足疊合板在現(xiàn)場施工的承載力要求，可以實現(xiàn)大跨度免支撐施工，大大縮短施工工期。

⑵本疊合板為半預(yù)制板，在施工現(xiàn)場進行現(xiàn)澆混凝土成為樓板，因此本發(fā)明疊合板的板厚較小，吊裝及安裝方便，可進一步縮短施工周期，大幅度減小整樓自重。

⑶既可作為單向板使用，也可作為雙向板使用，因此，板底分布筋的具體受力應(yīng)根據(jù)疊合板的性質(zhì)而定，當(dāng)為單向板時，板底分布筋是符合構(gòu)造的板底分布筋；而當(dāng)為雙向板時，板底分布筋是板底受力鋼筋。

⑷本疊合板在角鋼的腹板上開設(shè)有用于將混凝土澆筑到空隙中的澆筑孔，確?；炷聊軌虺浞痔顫M每對角鋼腹板之間的空隙，從澆筑孔澆筑的混凝土與混凝土預(yù)制層結(jié)成一體，成為混凝土預(yù)制層的一部分。

⑸結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、施工方便快捷、實用性強，適于廣泛推廣和應(yīng)用。

6 結(jié)論

裝配式大跨度組合鋼桁架混凝土疊合板在本工程的裝配式施工中成功運用，取得了較好的成果，其組合特性使其可根據(jù)具體的板跨及受力特性進行靈活配置使用。在裝配式建筑中使用可以有效加速建設(shè)速度，降低建設(shè)成本?？稍谄渌こ添椖恐凶鳛閰⒖?。