預(yù)應(yīng)力V形折板的發(fā)展與應(yīng)用

郭寧軍　薛宇迪　李亮　顧國(guó)園

摘要：隨著國(guó)務(wù)院大力發(fā)展裝配式建筑，傳統(tǒng)V形折板有了新發(fā)展機(jī)遇。V形折板自70年代發(fā)展至今，逐漸成熟，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。本文主要結(jié)合預(yù)應(yīng)力V形折板的發(fā)展過程，闡述了預(yù)應(yīng)力V形折板從制作到施工的具體做法以及注意事項(xiàng)，總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，并對(duì)此類結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力V形折板；優(yōu)越性；施工工藝；防水保溫；設(shè)計(jì)

1.前言

上世紀(jì)70年代以來，預(yù)應(yīng)力V形折板（以下簡(jiǎn)稱折板）在我國(guó)取得了較大的發(fā)展。折板首先應(yīng)用于鐵路系統(tǒng)，我國(guó)第一個(gè)折板誕生于北京鐵路局昌平構(gòu)件廠。此后，鄭州鐵路局勘察設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)了懸臂6m的折板挑檐結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。上世紀(jì)70年代末，折板結(jié)構(gòu)首次應(yīng)用到大跨度建筑，在北京進(jìn)行了27m跨度的折板實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。折板因其優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用于眾多的影劇院、展覽館、倉庫、工業(yè)廠房等。除了屋蓋之外，折板還在其他工程結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，比如折板基礎(chǔ)、折板擋土墻、折板水池等。

2.折板的優(yōu)點(diǎn)

折板符合安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)和施工方便的要求，是一種適合我國(guó)國(guó)情的建筑構(gòu)件。折板是平面生產(chǎn)的空間結(jié)構(gòu)，它在使用過程中是空間結(jié)構(gòu)，在制作過程中是平面結(jié)構(gòu)，這就是大大簡(jiǎn)化了制作工藝。

折板的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）生產(chǎn)制作簡(jiǎn)單折板一般在長(zhǎng)線法臺(tái)座上重疊生產(chǎn)。臺(tái)座分為墩式和支撐式兩種，支撐式臺(tái)座可以拆裝（如圖2，3所示），方便大跨度折板就地制作。并且折板的制作不需要胎膜，臺(tái)座可以利用混凝土地坪制作，簡(jiǎn)單易建；2）抗震性能好

1976年發(fā)生唐山地震時(shí)，距離唐山25公里處的兩棟折板建筑下部結(jié)構(gòu)損壞嚴(yán)重，但是整個(gè)屋蓋基本完好，充分體現(xiàn)了折板的抗震能力；3）材料來源容易混凝土一般為300號(hào)～400號(hào)，鋼筋類型少，并且多為小直徑鋼筋，施工中容易配套；4）預(yù)應(yīng)力張拉容易，所需的張拉設(shè)備簡(jiǎn)單；5）.吊裝快，吊裝過程中不需要復(fù)雜的支撐系統(tǒng)，只需要簡(jiǎn)單的臨時(shí)固定系桿。

3.折板的施工工藝

折板在實(shí)際施工中主要涉及制作、運(yùn)輸、吊裝灌縫等過程。

3.1折板制作

根據(jù)折板的特點(diǎn)，生產(chǎn)時(shí)采用長(zhǎng)線法重疊生產(chǎn)。生產(chǎn)時(shí)先由木工支模，然后涂刷隔離層，待隔離劑稍干之后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力布絲作業(yè)，之后進(jìn)行張拉根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在預(yù)應(yīng)力布絲之前或張拉之后鋪點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng)片，待全部預(yù)應(yīng)力鋼絲張拉完成后將鋼筋網(wǎng)片和預(yù)應(yīng)力鋼絲綁扎。

折板生產(chǎn)制作過程中，還有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：1）隔離劑要涂刷均勻，不要漏涂，不然又可能造成折板與下層板粘結(jié)以致于起吊困難；2）鋪設(shè)鋼絲應(yīng)在隔離劑干燥后進(jìn)行，避免鋼絲上粘上隔離劑影響錨固效果；3）生產(chǎn)過程中必須注意的是鋼絲的預(yù)應(yīng)力張拉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求，混凝土等級(jí)、密實(shí)度和水灰比要嚴(yán)格控制；4）切斷預(yù)應(yīng)力鋼絲時(shí)應(yīng)先從張拉臺(tái)中部切斷，然后自折板橫斷面的兩側(cè)對(duì)稱向中間將預(yù)應(yīng)力鋼絲間隔切斷，這樣可以防止預(yù)拉力使折板在臺(tái)座上向側(cè)向扭動(dòng)或突然放松預(yù)應(yīng)力造成板斷縱向裂紋。

3.2折板運(yùn)輸

大跨度折板的運(yùn)輸是比較困難的問題，目前一般采用載重汽車運(yùn)輸，裝車時(shí)不得用木楔等物打緊，因?yàn)樗菀酌撀?。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，一般運(yùn)輸時(shí)采用“A”形支架（如圖4所示）。

3.3吊裝灌縫

為了省去施工現(xiàn)場(chǎng)的二次堆放，折板一般由運(yùn)輸車直接向廠房上吊裝，吊具如圖5所示。這種吊具能夠使得吊裝過程中各個(gè)吊點(diǎn)受力均勻并且就位比較方便。吊裝就位之后就是灌縫，灌縫是折板施工中較為重要的環(huán)節(jié)，是使得折板形成一個(gè)整體，共同進(jìn)行工作的關(guān)鍵程序。灌縫應(yīng)盡量做到上邊緣成一條縫，不得出現(xiàn)兩頭寬中間窄的情況。目前一般采用吊掛模板的方法進(jìn)行灌縫施工，灌縫之前可以刷一道水泥漿以加強(qiáng)新老混凝土的結(jié)合。

4.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

4.1截面形狀對(duì)承載力的影響

目前，國(guó)內(nèi)的大跨度折板結(jié)構(gòu)中一般使用A形（圖6a）、V形（圖6b）、W形（圖6c）、Y形（圖6d）以及T形（圖6e）較多。

A形、W形以及T形截面的受壓區(qū)具有較大的側(cè)向剛度，在折板制作、吊裝等構(gòu)件獨(dú)立工作階段不會(huì)出現(xiàn)局部側(cè)彎失穩(wěn)的問題，因此其承載力會(huì)優(yōu)于V形和Y形截面。

V形和Y形折板的接合部位于波峰處，優(yōu)點(diǎn)是防水處理簡(jiǎn)單便捷，且不容易滲漏。但是在工作時(shí)，上部受壓區(qū)沒有側(cè)向支撐，側(cè)向剛度較差，使得其承載力較差。

4.2折板的整體扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)

對(duì)于大跨度的折板結(jié)構(gòu)來說，其理論基礎(chǔ)應(yīng)該是薄壁結(jié)構(gòu)理論。實(shí)踐證明，在局部失穩(wěn)得到保證的情況下，折板結(jié)構(gòu)的破壞大多為整體失穩(wěn)破壞。

因此在進(jìn)行大跨度預(yù)應(yīng)力V形折板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了按照現(xiàn)行的規(guī)范所規(guī)定的對(duì)正截面設(shè)計(jì)值、斜截面設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算外，還應(yīng)該對(duì)構(gòu)件單獨(dú)工作時(shí)的整體失穩(wěn)臨界力進(jìn)行計(jì)算，避免發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)破壞。

折板的縱向裂縫主要來自于截面的相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形。折板截面的相對(duì)扭轉(zhuǎn)變形，將引起桿件截面下部向翼板產(chǎn)生對(duì)稱的橫向彎曲變形，由于兩側(cè)翼板通常較薄，從而引起側(cè)向開裂，形成縱向裂縫?？v向裂縫會(huì)削弱折板截面的剛度，導(dǎo)致承載力降低。

4.3翼板寬厚比對(duì)承載力的影響

發(fā)展初期，折板僅僅應(yīng)用在中小跨度的建筑中，但經(jīng)過多年的發(fā)展，目前折板已經(jīng)廣泛應(yīng)用于24米及以上的大跨度結(jié)構(gòu)中。隨著跨度的不斷發(fā)展，折板翼板的寬厚比已經(jīng)接近《V形折板屋蓋設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ/T21-93）所規(guī)定的b/t≦40的限值。

側(cè)向翼板對(duì)折板的穩(wěn)定起到橫向支撐作用，側(cè)向翼板如果沒有足夠的平面外抗彎剛度，就不能有效提供支撐作用，從而導(dǎo)致折板上部受壓?jiǎn)适Х€(wěn)定。因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮折板翼板寬厚比是保證折板結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的重要條件。

4.4屋面防水

折板的屋面防水主要采用涂料防水和構(gòu)件防水，一般工程上宜首先考慮涂料防水以便于保護(hù)板面，提高板面的抗?jié)B能力。構(gòu)件防水也在一些工程上得到了應(yīng)用并且取得了較好的效果。也有工程在防水上將構(gòu)件防水和涂料防水有效結(jié)合，在工程開始的一兩年里使用構(gòu)件防水，隨后再涂刷防水涂料。

4.5屋面保溫隔熱

一種方法是在制作折板時(shí)將保溫材料作底模與V性形折板粘貼在一起。另一種方法是在V形折板下做吊頂，在吊頂之上鋪放松散材料。也有在V形折板上平鋪混凝土薄板，在薄板和折板之間形成空氣夾層，利用空氣夾層的隔熱作用起到保溫的作用。在南方多雨地區(qū)的個(gè)別工程上，普遍在V形折板上蓄水，起到隔熱作用。

5.結(jié)語

目前我國(guó)建筑行業(yè)正向著綠色建筑和建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展轉(zhuǎn)型，政府大力發(fā)展裝配式建筑。國(guó)務(wù)院在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中也提出力爭(zhēng)用10年左右時(shí)間使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)30%。預(yù)應(yīng)力V形折板自從上世紀(jì)70年代取得發(fā)展以來至今已經(jīng)有40余年的時(shí)間。這段時(shí)間里折板結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成了成熟的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)體系，被廣泛用于眾多的影劇院、展覽館等現(xiàn)代化建筑中。其在大跨度建筑上體現(xiàn)出來的預(yù)制化、裝配化、省材和建設(shè)周期短等特點(diǎn)充分滿足當(dāng)前國(guó)家對(duì)于建設(shè)行業(yè)的要求，相信預(yù)應(yīng)力V形折板必將迎來新的春天。但是施工中大跨度折板結(jié)構(gòu)體系垮塌的事故還是會(huì)有發(fā)生，并且隨著社會(huì)的進(jìn)步，隨著大家對(duì)建筑要求的提高，這些對(duì)折板的設(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求。