裝配式全預(yù)制板發(fā)展與研究綜述

朱建平，吳欣禹，吳金國，董松員，李 娜

（1.沈陽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168；2.遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110168；3.中國人民解放軍空軍研究院工程設(shè)計(jì)研究所沈陽工程設(shè)計(jì)室，遼寧 沈陽 110168）

隨著建筑工業(yè)化的高速發(fā)展，裝配式建筑因具有施工效率高、節(jié)能低碳、勞動力需求少等優(yōu)點(diǎn)而得到國家高度重視。全預(yù)制板作為裝配式建筑體系中的水平構(gòu)件之一，具有重要的研究價(jià)值。本文就不同時(shí)期全預(yù)制板的種類和連接形式對國內(nèi)外的文獻(xiàn)和專利加以歸納總結(jié)，為推動我國建筑工業(yè)化建設(shè)提供有利參考。

1 全預(yù)制板種類

查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)與專利，按使用功能分為以下幾種常見的全預(yù)制板。

1.1 普通全預(yù)制板

普通全預(yù)制板是指在工廠用模具將普通鋼筋固定，然后澆筑普通等級的混凝土形成的板。

1912 年，John.E.Cozelmann 發(fā)明了普通全預(yù)制板, 并為此申請專利。1940 年前后，普通全預(yù)制板被大量用到軍工需要的場所。20 世紀(jì)50 年代和60 年代，在戰(zhàn)后的東德地區(qū)和西德工業(yè)區(qū)也得到了廣泛應(yīng)用。到了21 世紀(jì)，普通全預(yù)制板才真正意義上得到發(fā)展，

2015 年，陳星等[1]在前人的基礎(chǔ)上發(fā)明一種建筑用全預(yù)制砼樓板，由板面、板內(nèi)的鋼筋和混凝土組成，板面鋼筋彎入錨固在U 型梁內(nèi)，板內(nèi)的自身構(gòu)造與剪力墻連接，幾者在澆筑混凝土后形成較穩(wěn)定的樓蓋體系。

1.2 新型材料全預(yù)制板

新型材料全預(yù)制板是指在普通全預(yù)制板材料的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，使用新型材料使全預(yù)制板強(qiáng)度和耐久性提高。

2016 年，吳紹林[2]發(fā)明一種高強(qiáng)度輕質(zhì)混凝土預(yù)制板,板的材料主要由碳纖維和混凝土組成（圖1）。通過試驗(yàn)與普通板進(jìn)行強(qiáng)度和耐久性對比，碳纖維材料有效的改善了新舊混凝土層界面變形不協(xié)調(diào)的問題，并且使板吸能效果好,并且能夠提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能,增強(qiáng)預(yù)制板的強(qiáng)度和耐久性。

圖1 高強(qiáng)度輕質(zhì)混凝土預(yù)制板

1.3 方便預(yù)埋全預(yù)制板

方便預(yù)埋全預(yù)制板是指于在全預(yù)制板制作時(shí)板內(nèi)設(shè)置預(yù)留孔洞，便于預(yù)埋管線，施工安裝方便。

2016 年，李藏柱[3]發(fā)明了一種裝配式建筑預(yù)制混凝土空心板,由混凝土結(jié)構(gòu)層、鋼筋網(wǎng)架和錨栓組成,鋼筋網(wǎng)架內(nèi)設(shè)置鋼筋籠,外側(cè)套設(shè)有套子筋,內(nèi)側(cè)設(shè)有多個(gè)錨栓,兩端分別連接鋼板,鋼板和混凝土結(jié)構(gòu)層上開設(shè)有對應(yīng)的吊裝定位孔和支撐架安裝孔。此板有效地解決了預(yù)埋管線不便的問題。

2017 年，姜紹杰等[4]發(fā)明一種新型預(yù)制空心板,由混凝土、鋼絞線組成，板內(nèi)設(shè)置有板體的長度方向一致的通孔,通孔沿板體的寬度方向間隔設(shè)置,同時(shí)，板內(nèi)還預(yù)埋有一行貫穿板體的鋼絞線,長度與板體的長度方向相一致,鋼絞線沿板體的寬度方向間隔設(shè)置,鋼絞線位于通孔的孔芯線下側(cè)。通過實(shí)際應(yīng)用證明了此板預(yù)埋管線的可行性。

2018 年，褚亞慧等[5]在姜紹杰的基礎(chǔ)上改進(jìn)，發(fā)明了一種水滴孔狀預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，由鋼筋和混凝土組成，通孔按板的寬度間隔排列，通孔長度與板的長度方向一致。現(xiàn)已在工程上廣泛使用,從側(cè)面印證了此板具有施工安裝方便,便于預(yù)埋管線的優(yōu)點(diǎn)。

此類板，雖然方便在板中預(yù)埋管線,但只適用于小跨度的建筑,類似于廠房大跨度的結(jié)構(gòu)并無法適用。

1.4 易搭接全預(yù)制板

易搭接類全預(yù)制板是指使用連接件或根據(jù)自身構(gòu)造使全預(yù)制板便于與其他構(gòu)件進(jìn)行搭接。

2013 年，初明進(jìn)[6]發(fā)明一種主要由鋼筋肋條和混凝土組成的槽型狀預(yù)制混凝土板,預(yù)制槽形板的縱肋內(nèi)開有與表面平行的縱向貫穿孔洞,縱肋外側(cè)設(shè)置的橫向凹槽與外側(cè)縱向貫穿孔洞相交。此板從設(shè)計(jì)上滿足了方便搭接的要求，主要用于梁與板的連接。

2018 年，郁有升等[7]提出一種由預(yù)制混凝土板,連接鋼板組成的全預(yù)制板，其板頂部預(yù)留預(yù)埋吊鉤鋼筋，板的四周中心位置預(yù)埋外伸的連接鋼板，并在連接鋼板焊接抗剪鋼筋,制作完成后運(yùn)輸至施工現(xiàn)場采用四點(diǎn)吊起的方式就位，最后用螺栓連接固定在H型鋼梁上,梁與板拼縫空隙用混凝土填充,易于搭接。

2019 年，李明等[8]提出一種新型暗梁式連接全預(yù)制樓板，包括預(yù)制板、U 型筋、抗剪鋼條組成。采用縱向受力鋼筋向上彎折并預(yù)留在板側(cè)一定長度的U 形筋，兩塊全預(yù)制板通過板側(cè)預(yù)留的U 形筋相互搭接形成雙肢的封閉箍,再配合連接鋼筋綁扎在連接處形成暗梁結(jié)構(gòu),最后在連接處澆筑混凝土，便于板與板、板與梁的搭接。

2 裝配式全預(yù)制板連接方式

裝配式全預(yù)制板按用途分類主要為板與板連接、板與梁連接。本文就主要連接形式進(jìn)行介紹，具體如下。

2.1 板-板的連接

李藏柱[8]發(fā)明一種預(yù)制板連接組件及預(yù)制板連接結(jié)構(gòu),由板、連接件、螺栓組成（圖2）。連接件成對設(shè)置于預(yù)制板的上下表面；每個(gè)連接件包括一體成型的一塊連接板和兩個(gè)凸塊；預(yù)制板的上下表面靠近邊緣位置設(shè)置有與凸塊匹配的第一凹槽；連接件的兩個(gè)凸塊分別嵌入兩塊預(yù)制板的第一凹槽，螺栓穿過兩個(gè)連接件的凸塊，螺母旋擰在螺栓上將兩個(gè)連接件夾緊固定，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)兩塊預(yù)制板的連接。它的優(yōu)點(diǎn)是加強(qiáng)了螺栓與預(yù)制板連接處的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)，連接組件和預(yù)制板形成的連接結(jié)構(gòu)整齊、美觀，便于對預(yù)制板進(jìn)一步施工。

圖2 板-板螺栓連接

李明等[9]發(fā)明暗梁式全預(yù)制板—板結(jié)構(gòu)連接是由預(yù)制板、U 型筋、抗剪鋼條組成，如圖3 所示。采用縱向受力鋼筋向上彎折并預(yù)留在板側(cè)一定長度的 U 形筋，兩塊全預(yù)制板通過板側(cè)預(yù)留的 U 形筋相互搭接形成雙肢的封閉箍，再配合連接鋼筋綁扎在連接處形成暗梁結(jié)構(gòu),最后在連接處澆筑混凝土。此鏈接具有連接處傳力連續(xù)、整體性好，減少了大量的濕作業(yè)，在保證承載力的同時(shí)還具有施工便捷、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。

圖3 暗梁式全預(yù)制板—板連接

2.2 板-梁的連接

2018 年，南曉東等[10]發(fā)明一種下沉式預(yù)制板與H 型鋼梁連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。如圖4 所示，梁板連接處的板頂預(yù)埋有連接件,連接件由連接鋼板與W 型鋼筋組成,連接鋼板在外伸段預(yù)留單排螺栓孔,W 型鋼筋焊于連接鋼板底；H 型鋼梁上翼緣預(yù)留單排螺栓孔,螺栓依次穿過鋼梁上翼緣、連接鋼板,螺栓下端與鋼梁上翼緣底焊牢,螺栓上端通過螺帽固定。預(yù)制板上的荷載通過W 型鋼筋與連接鋼板傳遞到鋼梁上,傳力路徑明確。此連接具有強(qiáng)度高、剛度高,安全可靠、裝配效率。

圖4 暗梁式全預(yù)制板—板連接

2020 年，馬千里等[11]發(fā)明一種新型結(jié)構(gòu)梁與全預(yù)制板連接節(jié)點(diǎn)的鋼筋構(gòu)造，由結(jié)構(gòu)梁和預(yù)制板組成（圖5）。結(jié)構(gòu)梁包括若干呈環(huán)形的梁封閉箍筋和若干直條狀的梁腰筋，預(yù)制板包括呈U 形的兩種筋條，其中，筋條位于結(jié)構(gòu)梁一側(cè)且其U 形底部處扣合在梁封閉箍筋上；另一筋條位于結(jié)構(gòu)梁另一側(cè)且其U 形底部處扣合在上述梁封閉箍筋上。此連接具有穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。

圖5 暗梁式全預(yù)制板—板連接

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

全預(yù)制板種類。從普通全預(yù)制板、新型材料全預(yù)制板、方便預(yù)埋全預(yù)制板、免支撐全預(yù)制板、易搭接全預(yù)制板這五類，總結(jié)了國內(nèi)外研究和應(yīng)用的裝配式全預(yù)制板的構(gòu)造形式及其特點(diǎn)，歸納國內(nèi)外學(xué)者對其設(shè)計(jì)理念的思考對其基本性能的認(rèn)識。

全預(yù)制板連接方式。從板與板連接、板與梁、板與柱的連接方式，總結(jié)裝全預(yù)制板與其他構(gòu)件連接方式，指出了連接方式的特點(diǎn)與不足。

3.2 展望

新材料、新技術(shù)、新方法為裝配式全預(yù)制板領(lǐng)域帶來了新一輪技術(shù)變革和機(jī)遇。加強(qiáng)技術(shù)層面的研究和應(yīng)用層面的研究的推廣，對于提高我國裝配式建筑工業(yè)化具有重要意義。

針對裝配式全預(yù)制板連接方式難題，是當(dāng)前裝配式全預(yù)制板應(yīng)用迫切需要解決的問題。如采用連接件連接可為我國裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，高效益，節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展提供理論與技術(shù)支持。