預(yù)制板槽型連接裝置研究

錢(qián)至棽

(福建省廈門(mén)第一中學(xué) 福建廈門(mén) 361003)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)的裝配式建筑發(fā)展方興未艾，但樓板施工工藝的進(jìn)步還不大。為保證樓板的整體性，裝配式建筑樓板普遍采用預(yù)制板加疊合層的做法，預(yù)制板僅起到疊合層混凝土底模的作用，樓板上半部分的施工仍需現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋、澆筑混凝土。其次，預(yù)制板相互間的連接采用“胡子筋”搭接方式，在生產(chǎn)、施工的各個(gè)環(huán)節(jié)都極易被有意無(wú)意破壞，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于建筑樓板的傳統(tǒng)施工方法，建設(shè)者們也進(jìn)行了較多探索，但大都沒(méi)有改變疊合樓板做法，只是改進(jìn)了梁板連接方式[1-3]。查閱近年公開(kāi)的專利文獻(xiàn)可知，相關(guān)方面的專利或多或少存在相鄰預(yù)制板咬合困難、銷釘不易定位，且采用新型連接方式存在用鋼量增加量大、二次澆筑混凝土量大等缺點(diǎn)。

能否將樓板在工廠一次預(yù)制到位，現(xiàn)場(chǎng)只需進(jìn)行預(yù)制板的安裝固定？經(jīng)過(guò)不斷摸索，筆者研發(fā)了“預(yù)制板槽型連接裝置”，以下是該裝置的總體思路、實(shí)施方案、有益成效、設(shè)計(jì)實(shí)例簡(jiǎn)述。

1 總體思路

當(dāng)前的預(yù)制板生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟，能做到大批量、自動(dòng)化生產(chǎn)，成品質(zhì)量有保證。將普通的鋼筋混凝土樓板分解成標(biāo)準(zhǔn)板塊，在工廠一次成型。預(yù)制板運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，用一種搭扣將預(yù)制板拼接起來(lái)。

需要解決的問(wèn)題主要是連接問(wèn)題，即如何實(shí)現(xiàn)預(yù)制板之間的連接，以及板梁之間的連接。總體思路是預(yù)制板設(shè)置搭扣，并采取特殊的預(yù)制板布置方式，使梁及其兩側(cè)預(yù)制板通過(guò)搭扣的耳板、銷釘及梁頂栓釘、梁頂鋼筋、后澆自密實(shí)混凝土連成整體，實(shí)現(xiàn)三者間的有機(jī)連接。

2 實(shí)施方案

該裝置如圖1所示，由搭扣、錨筋、銷釘組成，搭扣、錨筋成對(duì)預(yù)埋于預(yù)制板兩端。預(yù)制板現(xiàn)場(chǎng)就位后，插入銷釘，澆筑拼縫混凝土，即完成樓板的施工，實(shí)現(xiàn)樓板與主體結(jié)構(gòu)的可靠連接。下文是該裝置技術(shù)方案的詳細(xì)介紹。

圖1 槽型連接裝置散開(kāi)圖

2.1 各部件做法

2.1.1左、右搭扣

左、右搭扣如圖2～圖3所示，橫斷面均為槽型，右搭扣略小，可嵌入左搭扣內(nèi)。搭扣由上、下耳板及立板3部分組成，可采用鋼板焊接，也可采用定制槽鋼制作。

圖2 左搭扣三視圖

圖3 右搭扣三視圖

上、下耳板型體尺寸相同，為軸對(duì)稱梯形，外沿在不影響耳板受力的條件下削切處理成圓弧狀，中間開(kāi)設(shè)長(zhǎng)圓形銷釘孔，左搭扣長(zhǎng)圓孔縱向平行于立板，右搭扣則垂直于立板。耳板的等效強(qiáng)度不應(yīng)小于預(yù)制板對(duì)應(yīng)縱向受力鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，即“等強(qiáng)代換”后的耳板橫截面有效面積不應(yīng)小于板受力鋼筋面積。立板為矩形，板厚應(yīng)大于上、下耳板，軸對(duì)稱設(shè)置2個(gè)錨筋孔。

由于預(yù)制板左、右端的搭扣是成對(duì)配置，相應(yīng)地，梁兩側(cè)的預(yù)制板搭扣也是成對(duì)配置。左、右搭扣的銷釘孔設(shè)計(jì)成相互垂直的長(zhǎng)圓孔，孔徑大小考慮了混凝土預(yù)埋件及混凝土預(yù)制構(gòu)件的安裝施工誤差，可保證預(yù)制板在現(xiàn)場(chǎng)較輕松完成就位。

2.1.2錨筋、銷釘

左、右搭扣各設(shè)有2根錨筋，分別插于左、右搭扣的立板上，做法如圖4所示。

圖4 錨筋示意圖

錨筋可采用帶肋鋼筋制作，其直徑、長(zhǎng)度應(yīng)由計(jì)算確定。錨筋由錨筋桿體、球缺錨頭、螺栓錨頭3部分構(gòu)成。其中，位于立板處的錨筋桿體一端經(jīng)熔化鐓粗處理后形成球缺錨頭，另一端則預(yù)先攻牙。搭扣預(yù)埋時(shí)，先將錨筋由搭扣槽口內(nèi)向外插入立板上的錨筋孔，再將錨筋拉出，使球缺錨頭緊貼立板，之后旋上螺母或錨固板，形成螺栓錨頭。

如能保證預(yù)制板生產(chǎn)、運(yùn)輸、就位時(shí)不破壞錨筋的螺栓錨頭，錨筋也可反向插入立板，將帶螺紋的一端插入立板，旋緊螺母，其他做法不變。這樣，只要保證錨筋定位準(zhǔn)確，槽型搭扣可待預(yù)制板在現(xiàn)場(chǎng)就位時(shí)再安裝。

銷釘外形與普通鉚釘相似，但端部做倒角處理，可采用常見(jiàn)的半圓頭鉚釘，并將釘腳切削倒角成型。也可采用帶肋鋼筋切割、熔化鐓粗、切削倒角制作。有需要時(shí)，也可將銷釘改為同尺寸螺栓，并配備相應(yīng)尺寸螺母。

2.2 預(yù)埋做法

預(yù)制板在工廠澆筑前應(yīng)預(yù)埋“槽型連接裝置”。左、右搭扣成對(duì)設(shè)置，即預(yù)制板一端設(shè)置左搭扣，另一端對(duì)應(yīng)設(shè)置右搭扣。搭扣應(yīng)設(shè)于預(yù)制板支承端板高度方向中線，設(shè)置的數(shù)量應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，每端不少于2個(gè)，做法如圖5所示。

圖5 左、右搭扣預(yù)埋示意圖

預(yù)埋時(shí)，先將錨筋插入立板，旋上錨筋螺栓錨頭的螺栓，將搭扣放入已綁扎安放的板鋼筋內(nèi)，用鐵絲將搭扣綁緊固定后，即可澆筑混凝土。

由于所有的預(yù)制板兩端均成對(duì)設(shè)置左、右搭扣，預(yù)制板在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，梁左、右兩側(cè)的預(yù)制板正好有一對(duì)相對(duì)應(yīng)的右、左搭扣一一配對(duì)，只需將梁左側(cè)預(yù)制板的右搭扣嵌入梁右邊預(yù)制板的左搭扣中，再將銷釘插入銷釘孔即可。

2.3 樓板整體措施

為保證樓板的整體性，在預(yù)制板的設(shè)計(jì)和預(yù)制板的排布方式等方面采取特殊做法，使梁及其兩側(cè)預(yù)制板通過(guò)搭扣的耳板、銷釘及梁頂栓釘、梁頂鋼筋、后澆自密實(shí)混凝土連成整體，保證樓板與鋼結(jié)構(gòu)的可靠連接，保證樓板水平力的有效傳遞。

2.3.1相鄰柱網(wǎng)開(kāi)間的預(yù)制板排板方向相互垂直

預(yù)制板采用“相鄰柱網(wǎng)開(kāi)間預(yù)制板排板方向相互垂直”的方式布置，下文舉例說(shuō)明。如圖6所示，A、B、C、D為相鄰的4個(gè)柱網(wǎng)開(kāi)間，柱網(wǎng)尺寸為9m×9m，預(yù)制板尺寸為0.9m×3m。A開(kāi)間預(yù)制板為東西向排板，即A1、A2、A3……支承于東西向梁上，而B(niǎo)開(kāi)間則為南北向排板，即B1、B2、B3……支承于南北向梁上。C、D開(kāi)間同理。

圖6 預(yù)制板布置示意圖

2.3.2同向首尾相鄰的預(yù)制板錯(cuò)縫布置

槽型搭扣設(shè)于預(yù)制板支承端的1/4板寬處，同向首尾相鄰的預(yù)制板的位置相差1/2寬度。如圖6所示，A開(kāi)間的預(yù)制板均擱在東西向梁上，A1、A3、A5……與A2、A4、A6……的位置均相差1/2板寬。這樣，A2北端的第1個(gè)右搭扣插入A1南端的左搭扣，A2北端的第2個(gè)右搭扣插入A3南端的左搭扣，以此類推。這樣，可保證預(yù)制板不會(huì)通縫破壞，保證預(yù)制板安裝就位后樓板的整體性能。

2.3.3預(yù)制板長(zhǎng)向設(shè)置企口

方式一、二做法大同小異，都是相互咬合的企口，下企口預(yù)埋有M16@400的栓釘，上企口相應(yīng)位置預(yù)留栓釘孔，預(yù)制板就位后澆筑自密實(shí)混凝土固定。不同的是，方式一板橫斷面為“之”字形，預(yù)制板依次排開(kāi)；方式二板橫斷面則有正T形和倒T形之分。

圖7 預(yù)制板長(zhǎng)向企口做法示意圖

2.3.4局部二次澆筑混凝土

考慮到預(yù)制板尺寸一般為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，而建筑開(kāi)間尺寸不一定為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，預(yù)制板排布后剩余的部分采用現(xiàn)澆。因預(yù)制板錯(cuò)縫布置，出現(xiàn)首、末塊預(yù)制板為1/2板寬時(shí)，可定制異型預(yù)制板，也可局部現(xiàn)澆。此外，建筑的樓、電梯間以及建筑平面角部等處，是樓板水平方向的薄弱環(huán)節(jié)，也可局部現(xiàn)澆。這些位置范圍小，混凝土數(shù)量很少，采用混凝土現(xiàn)澆不會(huì)干擾大面積施工作業(yè)。

由于梁兩側(cè)的預(yù)制板兩兩成對(duì)連接，當(dāng)預(yù)制板端部對(duì)應(yīng)的梁另一側(cè)為單向預(yù)制板的長(zhǎng)向，或?yàn)榻ㄖ庋亍请娞荻纯谶厱r(shí)，預(yù)制板支承端無(wú)對(duì)應(yīng)的相鄰預(yù)制板與其連接，可將相應(yīng)的搭扣預(yù)設(shè)于梁上，實(shí)現(xiàn)預(yù)制板支承端的連接固定。

樓板采取上述加強(qiáng)措施后，可實(shí)現(xiàn)樓板整體性能，保證樓層水平力的有效傳遞。

2.4 安裝就位

預(yù)制板運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，即可進(jìn)行吊裝。先鋪設(shè)一側(cè)的預(yù)制板，再將相鄰預(yù)制板吊裝至對(duì)應(yīng)位置。當(dāng)左、右搭扣的銷釘孔對(duì)齊后，將銷釘插入，即完成一組連接裝置的固定，其余亦然。梁板連接示意圖如圖8所示。

圖8 梁板連接示意圖(渲染)

一般情況下，預(yù)制板安裝就位后，板邊拼縫的混凝土不會(huì)馬上澆筑，但由于預(yù)制板搭扣的銷釘已插入銷釘孔中，預(yù)制板已完成臨時(shí)固定，所以，需要時(shí)，也可將銷釘改為同尺寸螺栓，現(xiàn)場(chǎng)鎖緊螺母使相鄰預(yù)制板搭扣的耳板緊密結(jié)合。當(dāng)完成梁板邊界縫的自密實(shí)混凝土澆筑后，即完成了樓板的裝配施工。

2.5 其他

該裝置可用于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑樓板，也可應(yīng)用于裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑樓板。

但高中生之間應(yīng)該會(huì)先問(wèn)就讀的高中，再問(wèn)念幾年級(jí)。這種問(wèn)法既不是為了稱呼，也不是應(yīng)酬話，只是單純想知道而已。對(duì)于想進(jìn)一步認(rèn)識(shí)對(duì)方而言，是一個(gè)重要且必經(jīng)的階段。

此外，該裝置亦可應(yīng)用于裝配式混凝土建筑混凝土預(yù)制梁，除了裝置各部件尺寸應(yīng)按需設(shè)計(jì)外，做法與預(yù)制板大同小異，也是成對(duì)設(shè)置于梁支承端。預(yù)制梁支座兩側(cè)的預(yù)制梁，可通過(guò)搭扣兩兩連接(搭扣耳板可按需設(shè)置栓釘)，澆筑自密實(shí)混凝土后，即實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁的連接。槽型搭扣可按實(shí)際需要水平設(shè)置(耳板水平放置)，也可豎向設(shè)置(耳板豎向放置)。2種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言，耳板豎向放置更符合梁受力方式，連接處二次澆筑混凝土也更方便。

3 有益成效

上述是“預(yù)制板槽型連接裝置”實(shí)施方案，該裝置已向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申報(bào)發(fā)明專利。該裝置改變了現(xiàn)有的混凝土樓板疊合做法，解決了該做法存在的工序繁、工期長(zhǎng)、精度差及質(zhì)量低等問(wèn)題，克服了近年來(lái)相關(guān)探索存在的相鄰預(yù)制板咬合困難、銷釘不易定位、用鋼量大及現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土量大等缺點(diǎn)，具有受力合理、制作簡(jiǎn)單、安裝快捷、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便、造價(jià)節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)，其主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

(1)率先提出預(yù)制板搭扣連接的裝配方式。預(yù)制板間的相互連接，采用“槽型搭扣搭接、插入銷釘、澆筑板拼縫自密實(shí)混凝土”的方式，是預(yù)制板連接方式的創(chuàng)新。

(2)預(yù)制板采用“相鄰柱網(wǎng)開(kāi)間預(yù)制板排板方向相互垂直、同向相鄰預(yù)制板錯(cuò)縫”的方式布置，是預(yù)制板布置方式的創(chuàng)新。

(3)錨筋與槽型搭扣采用插孔連接，連接裝置各部件可拆、可合，是預(yù)埋件結(jié)構(gòu)型式的創(chuàng)新。

(4)鋼筋端部熔化、鐓粗形成球缺錨頭，是鋼筋機(jī)械錨固方式的創(chuàng)新。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例

結(jié)合較常見(jiàn)的預(yù)制板尺寸及配筋設(shè)計(jì)制作了樣品。梁采用較常見(jiàn)的H型鋼梁，梁頂寬度200mm。預(yù)制板擱置寬度為25mm。預(yù)制板板厚120mm，寬度0.9m，長(zhǎng)度3.0m，上下雙層雙向Φ10@200。搭扣鋼材采用Q345牌號(hào)。各部件尺寸如下。

4.1 左、右搭扣

搭扣采用Q345牌號(hào)鋼板制作。

左搭扣上、下耳板尺寸(100/120)mm×120mm×5mm，外沿圓弧半徑45mm，耳板開(kāi)有孔徑22mm×48mm的長(zhǎng)圓孔，孔中心距立板內(nèi)邊沿為75mm；立板尺寸100mm×80mm×10mm，軸對(duì)稱設(shè)置錨筋孔，孔徑18mm，孔中心距50mm。

右搭扣上、下耳板尺寸(92/100)mm×135mm×5mm，外沿圓弧半徑46mm，耳板開(kāi)有孔徑48mm×22mm的長(zhǎng)圓孔，孔中心距離立板內(nèi)邊沿75mm；立板尺寸同左搭扣。

4.2 錨筋、銷釘

銷釘采用半圓頭鉚釘M20切削倒角制作，釘長(zhǎng)90mm，末端倒角5mm。

5 結(jié)論

“預(yù)制板槽型連接裝置”是一種新型的預(yù)制板連接裝置，該裝置可改變現(xiàn)在裝配式建筑疊合樓板工藝存在的大面積濕式作業(yè)問(wèn)題，并解決預(yù)制板“胡子筋”易遭破壞的問(wèn)題。該裝置制作工藝簡(jiǎn)捷，施工方式快速、可控，是裝配式建筑的創(chuàng)新探索，具有較高的實(shí)用價(jià)值，值得大面積推廣使用。