全預(yù)制板在裝配式高層住宅建筑中的應(yīng)用探討

徐其功，劉俊臣，李 娜

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司 廣州 510010）

0 引言

在裝配式住宅建筑中，疊合樓板是預(yù)制底板加現(xiàn)澆層的形式，預(yù)制底板可做模板使用，取代現(xiàn)澆混凝土樓板所需的底膜；板底面表觀質(zhì)量好，不用找平砂漿；可以相對(duì)減少支撐。但疊合板也存在不足，通常樓板比現(xiàn)澆板厚，一般住宅疊合板厚度為130～150 mm；預(yù)制底板只能解決模板和板底鋼筋的問題，板頂鋼筋仍需要現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)；預(yù)制板中設(shè)置的桁架鋼筋，造成現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋管線施工困難；疊合板中預(yù)制底板一般僅厚60 mm，在起吊、運(yùn)輸過程中容易產(chǎn)生撓曲和裂縫，且安裝時(shí)仍需要大量支撐。

樓（屋）蓋是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)了樓面的恒、活荷載，同時(shí)協(xié)調(diào)主體結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系共同作用抵抗水平力，保證結(jié)構(gòu)整體性能和水平力的有效傳遞。顯然，樓板與梁、墻的連接整體性和牢固性顯得尤為關(guān)鍵。全預(yù)制板取消了現(xiàn)澆層后，僅連接結(jié)點(diǎn)處通過現(xiàn)澆連接。針對(duì)以上問題，以佛山某工程為依據(jù)，對(duì)全預(yù)制板進(jìn)行全面的計(jì)算和研究。

佛山某裝配式高層住宅項(xiàng)目，裝配式方案［1］及裝配式范圍如圖1、圖2所示。

圖1 裝配式方案BIM三維模型Fig.1 3D BIM Model of Fabricated Scheme

圖2 裝配式范圍立面示意圖Fig.2 Elevation of Fabricated Range

外墻為鋁模全現(xiàn)澆混凝土墻，剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7 度（0.1g），場(chǎng)地類別Ⅲ類，特征周期Tg=0.45 s，抗震等級(jí)二級(jí)，基本風(fēng)壓0.6 kN/m2，地面粗糙度C類，建筑體形系數(shù)1.4，該住宅層高2.9 m，共33層，建筑總高度100 m。1、2 層為商業(yè)裙樓，裙樓為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裙樓以上為裝配式建筑。

1 全預(yù)制板的布置與連接

本工程核心筒、衛(wèi)生間采用現(xiàn)澆板，陽臺(tái)采用疊合板，其他部位采用全預(yù)制板，如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)層預(yù)制構(gòu)件布置平面Fig.3 Precast Layout Plan of Typical Floor

1.1 結(jié)點(diǎn)鋼筋避讓和連接方式

全預(yù)制板外伸鋼筋與剪力墻連接較簡(jiǎn)單，但會(huì)與梁縱筋碰撞，施工現(xiàn)場(chǎng)一般采取把板鋼筋上掰（見圖4），待梁鋼筋綁扎完成后再把板外伸鋼筋掰直。這樣不僅增加了施工工序，同時(shí)影響了工期和造價(jià)。

圖4 全預(yù)制板施工現(xiàn)場(chǎng)Fig.4 Full Precast Slab

圖5 全預(yù)制板連接結(jié)點(diǎn)Fig.5 Full Precast Slab Connection（mm）

由于存在新舊混凝土結(jié)合面，板面仍存在出現(xiàn)微裂縫的可能［3］。全預(yù)制板的使用需避免施工冷縫處出現(xiàn)微裂紋，應(yīng)采取如下措施：①采用不收縮混凝土；②現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土前，接觸面的濕潤、表面清理；③加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)等。

1.2 企口寬度確定

1.2.1 板鋼筋確定

圖7 板彎矩圖Fig.7 Bending Moment Diagram of Slabs（kN·m/m）

1.2.2 對(duì)于客頂、房間等部位較大的板塊

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010—2015》，100%搭接時(shí)，板頂筋搭接長度為：ll=1.6la=1.6×35×6=336 mm；板底筋搭接長度為：ll=0.7×1.6la=0.7×1.6×35×6=235 mm。

考慮施工誤差，客頂、房間等部位較大板塊的企口寬度取為350 mm。

1.2.3 對(duì)于廚房、過道等部位較小的板塊

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010—2015》第8.3.2 條第4 款，設(shè)計(jì)計(jì)算配筋面積/實(shí)際配筋面積≤0.5，可取修正系數(shù)為0.5。

板頂筋搭接長度為：ll=1.6la=1.6×36×6×0.5=168 mm

此時(shí)，如仍按規(guī)范規(guī)定的la≮200 mm 來計(jì)算，搭接長度ll=1.6×200=320 mm，這樣對(duì)于小的板塊來說，需留出的疊合面偏大。

根據(jù)國標(biāo)圖集《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造：15G310-1》中B1-1 至3 后澆帶形式拼縫，當(dāng)縱筋末端采用彎鉤連接時(shí)，其搭接長度可取為la。由此對(duì)于廚房、過道等部位較小的板塊，邊緣部位板上部搭接長度取la，企口寬度取為200 mm。

2 全預(yù)制板影響分析

2.1 樓板對(duì)結(jié)構(gòu)整體性的影響

考慮樓板平面內(nèi)無限剛和樓板剛度為零兩種極端情況下的影響分析［4］，采用盈建科結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算，對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 指標(biāo)對(duì)比Tab.1 Index Comparison

計(jì)算模型1：常規(guī)模型和傳統(tǒng)計(jì)算，按剛性樓板假定。

計(jì)算模型2：全預(yù)制板自重?fù)Q算成恒載并按0 mm板厚輸入，如圖8 所示。完全不考慮全預(yù)制板樓板平面內(nèi)剛度，計(jì)算時(shí)不采用剛性樓板假定。

圖8 計(jì)算模型2Fig.8 Computational Model 2

同時(shí)對(duì)比配筋計(jì)算結(jié)果，僅個(gè)別墻肢配筋有變化，變化幅度在10%以內(nèi)?？梢?，即使是最不利的不考慮全預(yù)制板樓板平面內(nèi)剛度狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的整體性能也能很好地符合規(guī)范的各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，且其與剛性樓板假定的計(jì)算結(jié)果區(qū)別不大。

2.2 全預(yù)制板拼接處平面內(nèi)抗剪承載力驗(yàn)算

2.2.1 持久設(shè)計(jì)狀況［5，6］

采用彈性樓板計(jì)算模型，經(jīng)計(jì)算分析，風(fēng)荷載控制時(shí)，第10 層核心筒周邊樓板A-A 剖面處平面內(nèi)剪力最大，核心筒部位樓板平面內(nèi)剪力分布如圖9所示。A-A剖面處樓板平面內(nèi)總剪力為393.89 kN。

圖9 風(fēng)荷載控制時(shí)，第10層樓板面內(nèi)剪力Fig.9 Under Wind Load Control，the In-plane Shear Force of the 10th Floor（kN/m）

由于目前沒有相關(guān)規(guī)范對(duì)樓板平面內(nèi)的抗剪承載力給出計(jì)算方式，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 1—2014》，關(guān)于疊合梁豎向接縫受剪承載力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式，對(duì)樓板平面內(nèi)抗剪承載力進(jìn)行估算［7］。

持久設(shè)計(jì)狀況下樓板平面內(nèi)抗剪承載力（kN）：

地震設(shè)計(jì)狀況下樓板平面內(nèi)抗剪承載力（kN）：

式中：Ac1為疊合梁端截面后澆混凝土疊合層截面面積（mm2）；fc為預(yù)制構(gòu)件混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；fy為垂直穿過結(jié)合面鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）；Ak為各鍵槽的根部截面面積之和（mm2）；Asd為垂直穿過結(jié)合面所有鋼筋的面積，包括疊合層內(nèi)的縱向鋼筋（mm2）。

計(jì)算區(qū)域的樓板總長7 800 mm，板寬7 000 mm，以最不利狀態(tài)，僅考慮企口處40 mm 厚預(yù)制底板的抗剪承載力。板頂筋、底筋均為6@100，鋼筋面積為28.3×70×2=3 962 mm2/m。4根梁伸入支座的縱筋總面積為6 354 mm2，梁配筋及截面如圖10所示。

圖10 第10層核心筒處梁配筋平面Fig.10 Beam Reinforcement Plan of the 10th Floor

持久設(shè)計(jì)狀況：

2.2.2 地震設(shè)計(jì)狀況［8］

經(jīng)計(jì)算分析，地震荷載控制時(shí)，同樣在第10 層核心筒周邊樓板A-A剖面處平面內(nèi)剪力最大，核心筒部位樓板平面內(nèi)剪力分布如圖11 所示。A-A 剖面處樓板平面內(nèi)總剪力為394.42 kN。

圖11 地震荷載控制時(shí)，第10層樓板面內(nèi)剪力Fig.11 Under Seismic Load Control，the In-plane Shear Force of the 10th Floor（kN/m）

地震設(shè)計(jì)狀況：

綜上，梁加全預(yù)制板的總抗剪承載能力有足夠富余。當(dāng)核心筒周邊的樓板抗剪承載力不滿足計(jì)算要求或要求較高時(shí)，可將核心筒周邊樓板設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆板或疊合板。

3 管線問題處理

本工程實(shí)施管線分離，部分管線在天花造型位置處設(shè)置，如圖12 所示。全預(yù)制板板底燈具所需的線管、線盒等，在預(yù)制構(gòu)件廠生產(chǎn)時(shí)直接預(yù)埋在板內(nèi)。

圖12 標(biāo)準(zhǔn)層管線示意圖Fig.12 Pipeline Diagram of Typical Floor

4 造價(jià)對(duì)比

以圖3中全預(yù)制板和后澆帶板拼縫為計(jì)算對(duì)比范圍。①全預(yù)制板方案，全預(yù)制板厚110 mm，配筋雙層雙向6@100；②疊合板方案，相應(yīng)的全預(yù)制板替換為疊合板，疊合板預(yù)制層厚度60 mm，現(xiàn)澆層厚度70 mm，配筋底筋雙向8@200及板支座處配筋8@200。依據(jù)《廣東省房屋建筑與裝飾工程定額》（2018）［8］，綜合考慮各因素，造價(jià)對(duì)比如表2所示。

經(jīng)初步對(duì)比，全預(yù)制板方案單價(jià)為355 元/m2，疊合板方案單價(jià)為365 元/m2，全預(yù)制板相比疊合板在造價(jià)方面更具有優(yōu)勢(shì)［9］。

5 結(jié)論

⑴ 在住宅建筑中，疊合板板厚一般比設(shè)計(jì)板厚較厚，全預(yù)制樓板可按照樓板的設(shè)計(jì)厚度進(jìn)行預(yù)制，厚度與傳統(tǒng)樓板相同；全預(yù)制板整體性強(qiáng)、受力性能好，吊裝、運(yùn)輸?shù)炔灰组_裂、變形，可以真正減少支撐，同時(shí)提高吊裝效率。

表2 2種方案的造價(jià)分析Tab.2 Cost Analysis of Two Schemes

⑵本工程全預(yù)制板拼接處平面內(nèi)抗剪承載力驗(yàn)算均能滿足計(jì)算要求。當(dāng)核心筒周邊的樓板抗剪承載力不滿足計(jì)算要求或要求較高時(shí)，可將核心筒周邊樓板設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆板或疊合板。

⑶裝配式建筑中分離管線可設(shè)置在天花造型位置，預(yù)埋管線可埋至全預(yù)制板周邊企口疊合層處。

⑷全預(yù)制板比疊合板在造價(jià)方面更具優(yōu)勢(shì)。