鋼管桁架預應力混凝土疊合板起拱分析

丁 磊（安徽晶宮綠建集團有限公司，安徽 合肥 230041）

隨著碳排放及碳中和理念的不斷深入，裝配式建筑技術水平不斷提升，其中預制樓板作為裝配式建筑重要的一環(huán)，目前多采用疊合樓板的形式，主要包括鋼筋桁架疊合板以及鋼管桁架預應力混凝土疊合板，其中，鋼管桁架預應力混凝土疊合板近年來得到了廣泛的應用[1]。

鋼管桁架預應力混凝土疊合板采用先張預法應力技術，預應力鋼筋采用消除應力螺旋肋鋼絲，直徑為5mm，抗拉強度為1570MPa，垂直于預應力方向采用普通的Φ5mm 鋼筋作為分布筋，疊合板上部采用鋼管桁架，鋼管內注入灌漿料，預制底板厚為35mm 或40mm，采用C40混凝土，現澆層厚度根據承載力確定，一般總厚度為110mm~220mm。通過使用鋼管桁架替代混凝土肋，在保證薄板適度剛性的同時，克服了混凝土肋脆性的缺點。疊合板具有以下優(yōu)點：相較于傳統的鋼筋桁架混凝土疊合板，預制底板厚度可減小至35mm，自重大大減輕；采用密拼接縫，無現澆補空板，施工方便；采用高強預應力鋼絲，減少鋼筋用量，節(jié)約成本；剛度大，抗裂能力強，適用跨度大[2-3]。

但在實際生產過程中，鋼管桁架預應力混凝土疊合板會出現起拱現象，即板跨中部位置向上翹起，相較于地面高度，其中部高度略高于板兩端高度，如圖1 所示。為此，本文主要針對起拱現象進行分析，探討起拱產生的原因、帶來的危害以及如何預防起拱。

圖1 鋼管桁架預應力混凝土疊合板起拱

1 起拱原因分析

實際生產中，鋼管桁架預應力混凝土疊合板起拱的產生和起拱度的大小為多個因素綜合影響的結果，主要包括構造、生產、板跨大小、存放等多個方面。

1.1 構造原因

如圖2所示，為35mm鋼管桁架預應力混凝土疊合板底板剖面圖。由圖2可知，底板預應力鋼筋上下面保護層厚度分別為15mm 和20mm，預應力鋼筋處于板底偏上位置，并非位于中心位置，當板在生產模臺上進行張拉時，預應力鋼筋的收縮力由板自身混凝土對預應力筋的握裹力提供，因板厚較薄，導致底板上下層應力不一致，放張后隨著時間的推移，板逐步出現起拱現象，最終趨于穩(wěn)定值。

圖2 疊合板剖面圖

1.2 生產原因

鋼管桁架預應力混凝土疊合板采用長模臺法生產，按照目前的生產步驟，通常工人上午清理模臺、安裝模板、綁扎鋼筋，下午進行預應力筋的張拉，并澆筑混凝土，待次日早上進行預應力筋的放張并脫模。在此生產步驟下，其混凝土一般養(yǎng)護時間為18h左右。根據《鋼管桁架預應力混凝土疊合板》（DBJT 11-247）圖集規(guī)定，待混凝土強度達到75%以上時才能脫模，但18h的養(yǎng)護時間，混凝土強度一般只有50%左右，遠沒有達到要求的75%，導致預應力筋放張時，混凝土強度及剛度遠不能抵抗預應力筋對板本身施加的收縮力，后期隨著時間推移，板跨方向會逐步起拱，最終達到一個穩(wěn)定值。

1.3 板跨長度

在實際生產過程中，生產人員發(fā)現，板跨在4.2m內，板起拱度很小，肉眼幾乎無法觀測；當板跨大于4.2m 時，隨著板跨的增加，起拱度逐步增大，跨中最大起拱可達到15mm。當板跨增大時，其內部預應力筋長度隨之增大，與混凝土接觸面積增大，底板受到的預應力筋施加的拉應力增大；另一方面，當板跨增大時，板跨中位置抵抗彎矩的能力減弱，多方面因素綜合下，導致起拱度隨著板跨的增大而增大。

1.4 存放

按照疊合板堆放要求，堆放時板與地面應有一定的間隙，墊木放置在鋼管支架的側面，且順板方向墊木間隔不宜大于1800mm，墊木的寬度不宜小于40mm，長度除桁架位置外宜通常布置。此方法堆放時，越靠近底層的板承受上部疊合板自重荷載越大，荷載越大，對板的起拱抑制越大，最終出現兩個極端：底層板幾乎不出現起拱，頂層板起拱最大，易造成同批次疊合板起拱度差異過大、現場安裝困難等問題。

2 起拱危害

起拱的產生往往帶來一系列不利影響，主要集中于外觀、無法安裝及安裝后的使用問題，且出現后無法根治，一般只能構件安裝前進行起拱抑制處理。

2.1 影響收貨

板跨中起拱時，若起拱度較大（一般跨中位置起拱度不得大于15mm），施工現場總包單位會拒收，導致生產廠家成本增大，且拒收的疊合板無法二次使用，也不能回收利用。

2.2 影響裝修

當起拱的疊合板實際投入施工現場安裝后，相鄰板跨起拱度不一致會引起板縫（密拼接）處錯臺，導致安裝后板底并非整體平面，后期涂抹膩子或采用其他裝修形式時，錯臺位置易形成開裂甚至脫落，嚴重影響業(yè)主使用，造成房屋存在安全質量的錯覺。

2.3 支撐搭建安全

疊合板的安裝應進行專項支撐設計，就位前應設置好支撐。板端支撐：對于混凝土梁和剪力墻，在預制底板兩端距離支座500mm 范圍各內設置一道；對于與鋼梁、承重砌體墻位置可不設支撐?？缰兄尾贾冒匆韵乱螅寒數装蹇缍?.1m≤L≤3.3m，底板跨中不設置支撐；當底板跨度3.3m

實際施工中，因板存在起拱，跨中支撐搭建過程中，施工人員考慮疊合板上層后期澆筑混凝土對疊合板形成自重荷載，通過上部荷載抑制疊合板起拱，甚至壓平疊合板的起拱，故疊合板跨中支撐設置高度時，并非完全貼合板底，會留有一定的間隙，使疊合板在豎向存在位移的空間，該方法的使用一定程度上對已起拱的疊合板起到了抑制作用，但上部現澆混凝土荷載往往不能壓平已起拱的疊合板，且支撐與板底存在縫隙，導致支撐未受力，嚴重影響施工安全[4]。

2.4 造成疊合層上表面開裂

此現象產生較少，一般多出現于冬季，主要冬季生產的疊合板因氣溫較低，脫模后強度較夏季有所降低，一般只能達到設計強度的40%左右；另一方面，工廠因項目多，生產任務重，堆場資源有限，當疊合板生產完成并存放堆場后，兩天時間內運輸至現場完成安裝，從疊合板生產至現場安裝，該周期較短，疊合板混凝土強度未完全形成，還處于不斷起拱的過程中，當施工現場疊合板上層進行混凝土澆筑后，雖然現澆混凝土的自重對底板起拱起一定的壓制作用，但不能完全抵消起拱，伴隨著底板不斷起拱，上層混凝土完成初凝但暫未達到一定強度，最終上層混凝土在底板的起拱下產生形變，導致現澆混凝土出現裂縫，整體樓板形成一個非貫穿裂縫。

3 解決措施

3.1 使用快硬水泥

采用快硬水泥澆筑混凝土底板，在同等養(yǎng)護時間及條件下，快硬水泥相較于普通水泥在相同的時間內能達到更高的強度。當疊合板按照現有生產方式，養(yǎng)護15h 左右脫模時，按照底板混凝土C40 要求，達到30MPa 即可，高強度的混凝土可增強底板抵抗彎矩的能力，一定程度上避免疊合板起拱的產生，但該方法會一定程度增加底板的生產成本。

3.2 延長脫模時間

當底板混凝土澆筑后，延長底板在模臺上的占用時間，具體時間可根據同批次澆筑混凝土試塊強度決定，保證混凝土強度在達到設計強度的75%時，再切斷預應力鋼筋進行脫模。此方法對模臺的占用時間較長，影響模臺的周轉率，對工廠產能有一定的影響，生產廠家可根據實際情況安排。

3.3 控制相鄰板起拱度一致

生產前詳細規(guī)劃疊合板生產批次，保證安裝時的相鄰疊合板處于同一批次，該情況下，當疊合板出現起拱現象時，相鄰板起拱度一致，現場安裝時可減少錯臺現象，提高現場安裝質量。該辦法的使用并沒有從根源上解決起拱問題，只針對現場安裝提出較為合適的解決辦法。

3.4 改變構造

針對底板厚35mm的情況，在保護層厚度不變的情況下，可將底板厚度變更為40mm 厚，并將預應力筋放置疊合板中心位置。保證預應力筋上下層厚度一致，可有效避免因預應力筋上下保護層厚度不一致引起內部受力不均勻導致的起拱。

3.5 專用存放架

板的起拱是個逐步形成的過程，可采用專門的存放架進行存放，抑制板的起拱，如圖3 所示。在板的堆放區(qū)域放置4 根豎向鋼管，即圖中鋼管2，設置穿過板底緊貼板底面的橫向鋼管（鋼管1下部2根鋼管），在上層板面設置穿過板面且緊貼的2 根鋼管（鋼管1 上部2根鋼管），再通過鋼管3將所有鋼管連接為一個整體，鋼管之間連接通過活動卡扣的形式連接，可調節(jié)連接點。完成后，因上下層鋼管緊貼板面，當板起拱時，對鋼管1上部2 根鋼管形成向上的推力，然后傳遞給鋼管2，再施加到鋼管1 下部的2 根鋼管，而鋼管1 下部的兩根鋼管因疊合板自重無法移動，從而可對起拱進行抑制，待底板混凝土強度上升達到設計強度時，拆除鋼管。該方法易于操作，且成本較低。

圖3 專用存放架

4 結語

本文針對鋼管桁架預應力混凝土疊合板的起拱原因從構造、生產等多方面進行分析，主要討論起拱產生的危害，并通過改變構造、更換生產用原材料、外部存放控制等多個措施提出了相應的解決辦法，對疊合板起拱進行預防。但亦存在不足，關于影響起拱的各個因素并未進行量化分析，下一步應針對各個起拱影響因素進行參數化分析，找出最不利因素，并提出針對性改進措施。