預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板研究

趙 軒 曲宏迪 （同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

近年來，隨著我國大力推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，各地對裝配率的要求也越來越嚴(yán)格。疊合板作為裝配式建筑中應(yīng)用最為廣泛的一種構(gòu)件，也是滿足裝配率要求的重要途徑，疊合板技術(shù)相對于其他預(yù)制構(gòu)件得到迅速發(fā)展。近代建筑朝著大跨度、大開間、多功能方向發(fā)展，傳統(tǒng)疊合板跨度小、自重大的弊端也逐漸暴露出來。預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板將預(yù)應(yīng)力技術(shù)與疊合板技術(shù)相結(jié)合，可以很好地解決這一問題。截至目前，市場上先后涌現(xiàn)了多種預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板產(chǎn)品，本文對目前工程界應(yīng)用較為廣泛的四種預(yù)應(yīng)力疊合板進(jìn)行詳細(xì)介紹，為設(shè)計(jì)師在實(shí)際工程中的選取與應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 常見預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板

1.1 PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板

PK預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，簡稱PK板，是我國具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的樓蓋體系。從1999年我國就開始著手研發(fā)PK裝配式技術(shù)，迄今已有二十余年的發(fā)展歷程，PK板也經(jīng)歷了三代產(chǎn)品的迭代更新。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土鋼管桁架疊合板（簡稱PK3型板）是最新的PK疊合板產(chǎn)品，如圖1所示。其主要由要由混凝土、低松弛高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲、桁架腹弦鋼筋以及上弦灌漿鋼管組成。

圖1 預(yù)應(yīng)力混凝土鋼管桁架疊合板

PK3板相比普通桁架疊合板是一種技術(shù)飛躍，徹底解決了傳統(tǒng)疊合板預(yù)制底板過厚、四面出筋、易開裂、跨度小、支撐多、造價(jià)高等痛點(diǎn)。PK板預(yù)制底板厚度僅為35mm，極大減輕預(yù)制底板的自重，是目前世界上最薄的預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制底板。常見的PK3 板跨度在3.0m～6.0m，可以實(shí)現(xiàn)住宅及辦公等室內(nèi)無次梁，實(shí)現(xiàn)大板跨，提高建筑品質(zhì)。同時可做到一面出筋或不出筋，板與板之間采用密拼技術(shù)，無須后澆帶，施工效率高，降低施工成本。PK3板因其高性價(jià)比，目前，已成為裝配式疊合板領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。關(guān)于PK板的CECS規(guī)程已于2020 年頒布實(shí)施，同時，各省市關(guān)于PK 板的標(biāo)準(zhǔn)圖集和地方規(guī)程也逐漸增多，這無疑對PK板的工程應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。

1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板

預(yù)應(yīng)力混凝土雙T 板（簡稱“雙T 板”）是一種先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由受壓面板和兩根窄而高的腹板組成，因其橫截面呈兩個“T”而得名，如圖2所示。雙T 板的面板寬度常為2.0m～3.0m，跨度常為9m～18m，最大跨度可達(dá)30m以上。雙T板樓蓋體系具有跨度大、自重輕、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好、防火、防潮、施工方便等一系列突出優(yōu)點(diǎn)。多用于大跨度、重荷載工業(yè)建筑中的樓面板或屋面板，如工業(yè)廠房、倉庫、冷庫等。

圖2 預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板

雙T板樓蓋體系最早由美國工程設(shè)計(jì)人員于20世紀(jì)50 年代提出并應(yīng)用于實(shí)際工程中。自20 世紀(jì)60 年代從國外引進(jìn)該樓蓋體系，經(jīng)過近60年的研究與發(fā)展，雙T 板樓蓋體系在我國工程領(lǐng)域應(yīng)用頗豐。除在傳統(tǒng)工業(yè)廠房領(lǐng)域外，近年來，雙T板也開始在大型公共建筑和商業(yè)建筑領(lǐng)域嶄露頭角。結(jié)合近年的研究成果與工程經(jīng)驗(yàn)，為了更好地在全國范圍內(nèi)推廣與應(yīng)用雙T板，中國建筑科學(xué)研究院組織有關(guān)專家編制并發(fā)布學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)T/CESC6001-2020《預(yù)應(yīng)力雙T 板》和國標(biāo)圖集18G432-1《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》，填補(bǔ)了雙T板產(chǎn)品領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白，對促進(jìn)雙T板應(yīng)用的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化，具有重要意義。

1.3 SP預(yù)應(yīng)力混凝土空心板

SP 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板是指美國SPANCRETE 公司專用設(shè)備和技術(shù)生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，以下簡稱SP 板，如圖3 所示。SP 板具有跨度大、施工速度快、防火、隔音性能好、幾何尺寸偏差小等優(yōu)點(diǎn)。長度可以根據(jù)使用要求任意切割，不受傳統(tǒng)建筑模數(shù)限制，滿足各種工業(yè)與民用建筑的使用要求。SP板在國外已是一種非常成熟的建筑材料，在我國應(yīng)用也有二十多年時間。因其優(yōu)越的特點(diǎn)，SP 板大量應(yīng)用于多層工業(yè)廠房、學(xué)校建筑、多層和高層住宅等工程案例中。SP板不僅可以作為樓板使用，還可用于外墻板，這是其他預(yù)應(yīng)力疊合板所不具有的能力。

圖3 SP預(yù)應(yīng)力混凝土空心板

2008年汶川地震震后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因SP板與主體結(jié)構(gòu)連接薄弱，在地震作用下樓板容易脫落，造成嚴(yán)重人員傷亡。一段時間內(nèi)，SP 板退出工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域。近年來，隨著國家對裝配式建筑的大力推廣，SP板因其跨度大、自重輕的特點(diǎn)，重回大眾視野。為了使其更加安全，中國建筑科學(xué)院主編了我國第一部協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)T/CECS10132-2021《大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土空心樓板》，使SP板的設(shè)計(jì)有了規(guī)范依據(jù)。為了增強(qiáng)建筑物的整體剛度，提高抗震性能，可利用SP 板作底板，在板上現(xiàn)澆50mm～60mm混凝土面層形成疊合板樓蓋，即疊合式SP板，簡稱SPD板。SPD板兼有預(yù)制板與現(xiàn)澆樓板的優(yōu)點(diǎn)同時，又避免了現(xiàn)澆樓蓋易產(chǎn)生裂縫和預(yù)制樓蓋板縫易產(chǎn)生滲漏的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.4 PH免撐疊合板

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，裝配式建筑也逐漸增多，對疊合板的需求量持續(xù)增加的同時，對疊合板的性能要求也不斷嚴(yán)格。如何獲得更大跨度、更高承載力的疊合板成為工程界的焦點(diǎn)。在這種環(huán)境背景下，PH免支撐疊合板應(yīng)運(yùn)而生。PH 免撐疊合板（簡稱PH 免撐板）是由空間鋼筋桁架進(jìn)化為平面鋼管桁架、形成鋼管腹桿混凝土肋桁架預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，如圖4 所示。PH 免撐板預(yù)制部分由預(yù)應(yīng)力底板、UHPC 高性能混凝土肋與單排鋼管腹桿桁架組成。

圖4 PH免撐疊合板

這種新型預(yù)應(yīng)力疊合板具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，其自重僅為100kg/m2，比傳統(tǒng)疊合板自重減少了近1/3，同時豎向受彎剛度大，在施工階段可做到4.5m 大跨度無支撐。相對于傳統(tǒng)疊合板技術(shù)，PH 免撐板吊裝更方便，可以提高安裝效率，節(jié)約工期。因其良好的經(jīng)濟(jì)性和卓越的力學(xué)性能，一經(jīng)推出，就立刻獲得了眾多專業(yè)人士的認(rèn)可。同時，PH 免撐板的適用范圍廣，在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)、裝配混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)中均能發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢。在未來裝配式建筑領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

2 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板對比

2.1 工程應(yīng)用范圍

疊合板作為一種量大而廣的水平構(gòu)件，隨著裝配式建筑技術(shù)的不斷更新，各種疊合板產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)市場，各種疊合板的性能、應(yīng)用范圍也各有千秋。對上述四種預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的特點(diǎn)及適用性進(jìn)行整理分析，詳見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板特點(diǎn)

從表1中可以看出，目前預(yù)應(yīng)力疊合板只適用于設(shè)防烈度8度及以下區(qū)域。雙T板因其板肋較高，極大地影響使用高度，主要用于對凈高要求不高的工業(yè)建筑中，在民用建筑領(lǐng)域適用較少。SP板因其跨度大，可以減少大部分次梁，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯，目前，在混凝土框架體系或鋼框架體系中應(yīng)用案例較多，其他結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用較少。PK 板與PH 板無論適用跨度還是應(yīng)用范圍，兩者都高度重合，若PH板能得到大力推廣，則應(yīng)用前景未來可超過PK板。

2.2 工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

近年來，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的需求量越來越多，其性能優(yōu)勢相對于傳統(tǒng)疊合板也愈發(fā)明顯。為了使預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的設(shè)計(jì)更加有規(guī)范依據(jù)。裝配式構(gòu)件生產(chǎn)廠家與國內(nèi)高校研究學(xué)者聯(lián)合對預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板做了大量性能試驗(yàn)研究，對預(yù)應(yīng)力疊合板的受力機(jī)理有了更清晰地認(rèn)識。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板的標(biāo)準(zhǔn)圖集、規(guī)程也不斷更新發(fā)布，主要規(guī)范、圖集統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板主要規(guī)范、圖集

從表2中可以看出，目前常見的四種預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板均已CECS團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為主，暫無國家層次和行業(yè)層次的標(biāo)準(zhǔn)，這大大限制了預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板在全國范圍的推廣與應(yīng)用。PK板相對于其他三種疊合板來說，其地方規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)圖集更為廣泛，也從側(cè)面驗(yàn)證了PK板是預(yù)應(yīng)力疊合板市場的主流產(chǎn)品，得到了工程界的認(rèn)可。SP板國標(biāo)圖集出版10年有余，至今未得到更新，隨著SP板技術(shù)的不斷更新發(fā)展，原圖集的全面修訂已十分必要。雙T 板在2018 年更新國標(biāo)圖集的基礎(chǔ)上，又在2020年出版了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，提高了雙T板在工程中應(yīng)用的理論依據(jù)，打破了雙T板僅有標(biāo)準(zhǔn)圖集卻無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的局面。PH板作為疊合板市場的新產(chǎn)品，因涉及專利原因，更多以企業(yè)手冊為主，僅上海建筑標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會在2023 年頒布的一本團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，且無標(biāo)準(zhǔn)圖集作為設(shè)計(jì)參考。雖然擁有完美的力學(xué)性能，但也限制了其在工程中的應(yīng)用。

3 結(jié)語

綜上所述，在“大力發(fā)展裝配式建筑”政策的扶持下，預(yù)應(yīng)力混凝土樓板技術(shù)在我國取得了一定的成績。除本文介紹的四種預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板，新型裝配式樓板也不斷涌現(xiàn)，如鋼肋預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板。隨著國人對建筑品質(zhì)的要求越來越高，如何研發(fā)更大跨度、承載力更強(qiáng)、適用面更廣的疊合板產(chǎn)品，仍然是裝配式廠家和高校研究學(xué)者所面對的問題，同時大跨度引來樓板舒適性能的研究也有待加強(qiáng)。相信在土木行業(yè)人員的共同努力下，預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板在未來將會有更好的發(fā)展前景與空間。