適用裝配式住宅的無支撐疊合樓板研究

【摘要】本文從適用裝配式住宅的建筑條件下出發(fā)，從幾何關(guān)系、物理關(guān)系分析了桁架疊合樓板的短期剛度，并計算了典型跨度的疊合樓板在第一階段受力狀態(tài)下的撓度，為實現(xiàn)無支撐疊合樓板提供了計算方法和資料。

【關(guān)鍵詞】裝配式住宅；疊合板；短期剛度

近年來，國家大力推動裝配式建筑大力發(fā)展，許多企業(yè)和機構(gòu)也對裝配式建筑做了大量研究性工作，取得了不錯的效果。但較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)而言，在當前的管理理念、經(jīng)營模式而言，目前的裝配式建筑的 成本控制還有大量空間。目前裝配式建筑主要集中在地產(chǎn)板塊，據(jù)文獻[1]描述，裝配式剪力墻住宅結(jié)構(gòu)土建工程費用每平米較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)增加近750元，高出現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)12.26個百分點，其主要體現(xiàn)在構(gòu)件制作、運輸、吊裝以及支撐等費用的增加。尤其值得注意的是，對于支撐而言，由于目前的設(shè)計思路還是由傳統(tǒng)設(shè)計改為裝配式設(shè)計、現(xiàn)場支撐方案設(shè)計等等因素導(dǎo)致裝配式建筑的支撐相對于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)而言并沒有明顯的減少。

從經(jīng)濟性的角度出發(fā)，改進的思路可以分兩種，一種思路是保留原來支撐的情況下，盡量去除桁架鋼筋的存在，我們可以稱之為“節(jié)約型”；另一種思路是盡量發(fā)揮桁架鋼筋的作用，做到減少，甚至去除支撐，我們稱之為“投資型”。

1、無支撐疊合樓板

疊合樓板由預(yù)制混凝土層、鋼筋桁架、底板鋼筋構(gòu)成。目前對于桁架鋼筋的認識僅限于加強疊合樓板整體剛度（吊裝時減少開裂的現(xiàn)象）、加強疊合面的抗剪能力。規(guī)范對于桁架鋼筋的間距要求也僅為距邊小于300、桁架鋼筋間距不大于600。疊合樓板施工時按“一次疊合受力結(jié)構(gòu)” 考慮，預(yù)制疊合樓板吊裝到位后，在其下設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，預(yù)制樓板部分僅考慮模板作用，偏于保守。

目前住宅項目戶型設(shè)計，考慮臥室、客廳需求的統(tǒng)一，一般而言，其開間都在4500mm以下。這為無支撐疊合樓板的實現(xiàn)提供了建筑上的可能性。

無支撐疊合樓板，考慮將預(yù)制部分作為后澆混凝土的模板和支撐，承受施工期的荷載，其主要包括預(yù)制樓板自重、疊合層的自重以及本階段的施工荷載。待后澆混凝土達到設(shè)計強度，疊合構(gòu)件按整體結(jié)構(gòu)計算，承受施工階段和使用階段的最大荷載。整個構(gòu)件受力是兩個階段，故稱為“二階段受力疊合結(jié)構(gòu)”。

2、預(yù)制疊合樓板中性軸

假定構(gòu)件符合平截面假定，假定構(gòu)件受壓混凝土、受壓鋼筋、受拉鋼筋處于彈性狀態(tài)，不考慮混凝土的受拉作用。

2.1中性軸在預(yù)制板上

由于不考慮混凝土的受拉作用，則由受拉鋼筋和受壓鋼筋對中性軸面積矩相等的條件可得：

2.2中性軸在預(yù)制樓板下

不考慮混凝土的受拉作用，考慮混凝土受壓作用，則由受拉鋼筋、受壓鋼筋、受壓混凝土對中性軸面積矩相等的條件可得：

3、預(yù)制疊合樓板短期剛度計算

考慮縱向鋼筋、混凝土預(yù)制層對截面剛度的作用，假定構(gòu)件符合平截面假定，假定構(gòu)件受壓混凝土、受壓鋼筋、受拉鋼筋處于彈性狀態(tài)，不考慮混凝土的受拉作用。由以上假定，分別對受壓鋼筋處和受拉鋼筋處求矩[2]，可以得到下式：

4、疊合前預(yù)制疊合板彎矩計算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[3]附錄H，后澆的疊合層未達到強度設(shè)計值之前，荷載由預(yù)制構(gòu)件承擔，預(yù)制構(gòu)件按簡支構(gòu)件計算；荷載包括預(yù)制構(gòu)件自重、預(yù)制樓板自重、疊合層自重以及本階段的施工荷載。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》7.2.1條，混凝土構(gòu)件撓度計算按準永久組合取值，準永久值系數(shù)取為0.4。

5、算例

4500mm跨度，以中建玥熙臺項目5、6、8、9棟為例，傳統(tǒng)設(shè)計板厚為130mm，板底筋為8@100.按傳統(tǒng)的建筑工業(yè)化來拆分設(shè)計，預(yù)制層60、現(xiàn)澆層70（6+7），桁架鋼筋高度70mm，如下圖所示：

結(jié)語：

本文從適用裝配式住宅的建筑條件下出發(fā)，從幾何關(guān)系、物理關(guān)系分析了桁架疊合樓板的短期剛度，并通過算例計算了典型跨度的疊合樓板在第一階段受力狀態(tài)下的撓度，為實現(xiàn)無支撐疊合樓板提供了計算方法和資料。

參考文獻：

[1]李麗紅，耿博慧， 齊寶庫，等.裝配式建筑與現(xiàn)澆建筑工程成本對比與實證研 究[J].建筑經(jīng)濟，2013，（371）：102-105

[2]劉軼.自承式鋼筋混凝土疊合板性能研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2006.

[3]中國建筑科學(xué)研究院.GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

作者簡介：

吳燦陽，中建科技湖南有限公司，湖南長沙。