適用裝配式住宅的無(wú)支撐疊合樓板研究

文/吳燦陽(yáng)、孫宇波、楊光芒、劉世輝 中建科技湖南有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

近年來(lái)，國(guó)家大力推動(dòng)裝配式建筑大力發(fā)展，許多企業(yè)和機(jī)構(gòu)也對(duì)裝配式建筑做了大量研究性工作，取得了不錯(cuò)的效果。但較現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)而言，在當(dāng)前的管理理念、經(jīng)營(yíng)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(xiàn)[1]描述，裝配式剪力墻住宅結(jié)構(gòu)土建工程費(fèi)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(gè)百分點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在構(gòu)件制作、運(yùn)輸、吊裝以及支撐等費(fèi)用的增加。尤其值得注意的是，對(duì)于支撐而言，由于目前的設(shè)計(jì)思路還是由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)改為裝配式設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)支撐方案設(shè)計(jì)等等因素導(dǎo)致裝配式建筑的支撐相對(duì)于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)而言并沒有明顯的減少。

從經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，改進(jìn)的思路可以分兩種，一種思路是保留原來(lái)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(wú)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(duì)于桁架鋼筋的認(rèn)識(shí)僅限于加強(qiáng)疊合樓板整體剛度（吊裝時(shí)減少開裂的現(xiàn)象）、加強(qiáng)疊合面的抗剪能力。規(guī)范對(duì)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(shí)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(xiàng)目戶型設(shè)計(jì)，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(wú)支撐疊合樓板的實(shí)現(xiàn)提供了建筑上的可能性。

無(wú)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，疊合構(gòu)件按整體結(jié)構(gòu)計(jì)算，承受施工階段和使用階段的最大荷載。整個(gè)構(gòu)件受力是兩個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)算

考慮縱向鋼筋、混凝土預(yù)制層對(duì)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(duì)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(jì)算

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]附錄H，后澆的疊合層未達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之前，荷載由預(yù)制構(gòu)件承擔(dān)，預(yù)制構(gòu)件按簡(jiǎn)支構(gòu)件計(jì)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(jì)規(guī)范》7.2.1條，混凝土構(gòu)件撓度計(jì)算按準(zhǔn)永久組合取值，準(zhǔn)永久值系數(shù)取為0.4。

5、算例

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

現(xiàn)將桁架鋼筋高度加高至120mm，預(yù)制層120mm、現(xiàn)澆層40（12+4），上弦桿鋼筋為12mm，下弦桿鋼筋為10mm，腹桿鋼筋為6mm,桁架鋼筋間距為200mm，如下圖

中性軸計(jì)算：假定中性軸在預(yù)制樓板內(nèi)

將具體數(shù)據(jù)帶入公式中得到：

彎矩計(jì)算：

撓度計(jì)算

結(jié)語(yǔ)：

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(guò)算例計(jì)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(shí)現(xiàn)無(wú)支撐疊合樓板提供了計(jì)算方法和資料。