裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制樓板施工全過(guò)程計(jì)算分析

鄭 旭 劉海成 孫大龍

(1.沈陽(yáng)衛(wèi)德建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110036；2.沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110068)

1 概述

隨著裝配式混凝土結(jié)構(gòu)在工程上應(yīng)用日趨成熟，疊合樓板作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)最為基本結(jié)構(gòu)形式也得到了更為廣泛應(yīng)用。本文著重對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制樓板的脫模工況、吊裝工況、存放工況和現(xiàn)澆層施工工況分別進(jìn)行計(jì)算，給出了以上各個(gè)工況吊點(diǎn)或支撐點(diǎn)的合理位置，為預(yù)制樓板設(shè)計(jì)過(guò)程中吊點(diǎn)設(shè)置提供可靠的計(jì)算依據(jù)。

2 脫模工況驗(yàn)算

脫模工況荷載取值在多本現(xiàn)行規(guī)范中給出了相關(guān)要求，其中GB 50666—2011混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范中9.2.2條規(guī)定：預(yù)制構(gòu)件在脫模、吊運(yùn)、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)的施工驗(yàn)算，應(yīng)將構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以脫模吸附系數(shù)或動(dòng)力系數(shù)作為等效荷載標(biāo)準(zhǔn)值，第一款給出脫模吸附系數(shù)宜取1.5；JGJ 1—2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中6.2.3條規(guī)定：預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行脫模驗(yàn)算時(shí)，等效靜力荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值乘以動(dòng)力系數(shù)后與脫模吸附力之和，且不宜小于構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍。第一款給出動(dòng)力系數(shù)不宜小于1.2，第二款給出脫模吸附力不宜小于1.5 kN/m2。綜上，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 1—2014裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定條文進(jìn)行取值。

2.1 吊點(diǎn)距邊位置驗(yàn)算

脫模工況首先確定吊點(diǎn)邊距，即每一豎排吊點(diǎn)距預(yù)制樓板邊距離(如圖1所示排布方式)，此吊點(diǎn)排布方式可簡(jiǎn)化為取每延米寬多跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。脫模工況驗(yàn)算吊點(diǎn)處混凝土上部正應(yīng)力，滿足混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。不考慮桁架鋼筋剛度作用。

起吊時(shí)安全考慮動(dòng)力系數(shù)1.2，模臺(tái)吸附力取1.5 kN/m2。工程實(shí)際中，預(yù)制樓板厚度一般取60 mm，但隨著主受力方向板跨度增加，預(yù)制樓板厚度在預(yù)制構(gòu)件深化設(shè)計(jì)時(shí)也隨之增加到70 mm；預(yù)制工廠生產(chǎn)過(guò)程中，脫模時(shí)混凝土強(qiáng)度受到養(yǎng)護(hù)條件及時(shí)間影響，一般情況強(qiáng)度也比C15大，可達(dá)到C20。在上述條件下，吊點(diǎn)的邊距均可適當(dāng)放大。故不同厚度、不同混凝土強(qiáng)度下吊點(diǎn)設(shè)置亦不相同，對(duì)各種情況下預(yù)制樓板脫模過(guò)程中吊點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算，脫模工況下預(yù)制樓板吊點(diǎn)位置距離樓板邊緣最大長(zhǎng)度總結(jié)如表1所示。

表1 脫模工況下吊點(diǎn)距樓板邊緣最大長(zhǎng)度 mm

2.2 吊點(diǎn)間距驗(yàn)算

確定邊距后，對(duì)兩豎排吊點(diǎn)間距進(jìn)行驗(yàn)算，此時(shí)主要驗(yàn)算跨中最大裂縫不超過(guò)規(guī)定限制。參考GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015版)中3.4.5條對(duì)最大裂縫寬度限值規(guī)定計(jì)算并從嚴(yán)控制，裂縫寬度限值取0.1 mm，以保證脫模過(guò)程預(yù)制樓板無(wú)質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)。對(duì)于較大配筋的預(yù)制樓板(如配置8@150)，其裂縫寬度相對(duì)較小，則兩點(diǎn)間距更大。故不同厚度、不同混凝土強(qiáng)度、不同板底配筋下吊點(diǎn)最大間距亦不相同，對(duì)各種情況下預(yù)制樓板脫模過(guò)程中吊點(diǎn)最大間距進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表2。

表2 脫模工況兩吊點(diǎn)最大間距 mm

3 吊裝工況驗(yàn)算

預(yù)制樓板在生產(chǎn)完成后進(jìn)行吊運(yùn)到存放區(qū)、起吊到運(yùn)輸車(chē)、吊裝安裝過(guò)程中，此時(shí)與脫模工況相比，無(wú)模臺(tái)吸附力，僅考慮動(dòng)力系數(shù)。

3.1 吊點(diǎn)位置計(jì)算

起吊時(shí)安全考慮動(dòng)力系數(shù)1.5，此時(shí)混凝土強(qiáng)度為C30，ftk=2.01 N/mm2。同樣驗(yàn)算混凝土上部正應(yīng)力滿足混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

不同厚度下吊點(diǎn)設(shè)置亦不相同，對(duì)各種情況下預(yù)制樓板脫模過(guò)程中吊點(diǎn)位置進(jìn)行計(jì)算，吊裝工況下預(yù)制樓板吊點(diǎn)位置距離樓板邊緣最大長(zhǎng)度總結(jié)如表3所示。

表3 吊裝工況下吊點(diǎn)距樓板邊緣最大長(zhǎng)度 mm

3.2 跨中裂縫驗(yàn)算

混凝土強(qiáng)度為C30，ftk=2.01 N/mm2。參考GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2015版)中3.4.5條對(duì)最大裂縫寬度限值規(guī)定計(jì)算并從嚴(yán)控制，裂縫寬度限值取0.1 mm。

表4 吊裝工況兩吊點(diǎn)最大間距 mm

4 運(yùn)輸與存放過(guò)程分析

預(yù)制樓板運(yùn)輸與存放時(shí)可采用木塊點(diǎn)支撐，支撐點(diǎn)與吊裝點(diǎn)位置相同，驗(yàn)算均可滿足要求。但需對(duì)存放提出要求：考慮到存放過(guò)程中不至預(yù)制樓板變形過(guò)大，墊塊距離邊界不大于400 mm，間距不大于1 500 mm，如存放時(shí)間超過(guò)3個(gè)月間距不大于1 200 mm。墊塊頂部需設(shè)置柔性層，墊木頂部與底部加柔性墊層，頂部墊層厚度不小于1 cm，底部墊層厚度不小于2 cm。

5 現(xiàn)澆層施工過(guò)程分析驗(yàn)算

根據(jù)圖集15G366—1桁架鋼筋混凝土疊合板(60 mm厚底板中對(duì)支撐規(guī)定：板底就位前應(yīng)在跨內(nèi)及距離支座500 mm處設(shè)置由豎撐及橫梁組成的臨時(shí)支撐。但圖集中并未明確設(shè)置支撐的數(shù)量。理論上，當(dāng)跨內(nèi)設(shè)置兩道支撐計(jì)算簡(jiǎn)圖(如圖2a)所示)為超靜定結(jié)構(gòu)，筆者通過(guò)力法求解分析進(jìn)行簡(jiǎn)化選取計(jì)算簡(jiǎn)圖，以便于計(jì)算。

5.1 簡(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)圖

設(shè)疊合樓板板跨為2 350 mm，支撐點(diǎn)距邊緣距離為500 mm，則支撐點(diǎn)間距為1 350 mm。均布荷載取1 kN/m。計(jì)算簡(jiǎn)圖暫取如圖2所示，并用力法求解彎矩。

則有：

位移平衡方程：

δ11·X1+Δ1p=0。

解得：

X1=0.1 kN·m。

則彎矩圖如圖3所示。

求最左側(cè)支座反力F，由圖2b)可得彎矩平衡方程：

解得：F=-0.005 6→0(且為拉力)。

由此可以得到，當(dāng)支撐點(diǎn)間距為1 350 mm時(shí)，預(yù)制樓板左右邊緣支撐點(diǎn)支座反力為拉力，而實(shí)際施工過(guò)程中，預(yù)制樓板僅搭到預(yù)制墻上，僅提供壓力并無(wú)拉力，故當(dāng)支撐點(diǎn)間距大于1 350 mm時(shí)，四點(diǎn)支撐的計(jì)算簡(jiǎn)圖其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。故當(dāng)支撐點(diǎn)距邊緣距離為500 mm，間距大于1 350 mm時(shí)，預(yù)制墻處支撐并無(wú)壓力，此時(shí)可取兩側(cè)帶懸挑的兩點(diǎn)簡(jiǎn)支形式作為計(jì)算簡(jiǎn)圖。另有部分實(shí)際工程中預(yù)制樓板與預(yù)制墻預(yù)留10 mm縫隙，預(yù)制墻并無(wú)支座作用，故均可采用兩側(cè)帶懸挑的兩點(diǎn)簡(jiǎn)支形式作為計(jì)算簡(jiǎn)圖。

5.2 跨中裂縫驗(yàn)算

取支撐點(diǎn)距邊緣距離為500 mm，計(jì)算跨中最大裂縫寬度限值取0.1 mm。驗(yàn)算結(jié)果如表5所示。

5.3 支撐間距計(jì)算

計(jì)算剛度取短期剛度，并應(yīng)用圖乘法求跨中撓度，可得出結(jié)論：在施工階段支撐距預(yù)制樓板邊距離為500 mm，兩支撐間距不大于1 800 mm，且不應(yīng)小于1 350 mm，均可滿足施工階段的裂縫及撓度限制要求。故當(dāng)預(yù)制樓板邊距離固定為500 mm、現(xiàn)澆厚度為80 mm，不同厚度及配筋的預(yù)制樓板，支撐點(diǎn)最大間距亦不同，計(jì)算其最大間距結(jié)果如表5所示。

表5 現(xiàn)澆層施工階段兩支撐點(diǎn)最大間距 mm

6 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)預(yù)制樓板各工況進(jìn)行受力分析及驗(yàn)算，對(duì)于工程常用厚度為60 mm的預(yù)制板，有如下結(jié)論：

1)脫模工況下，混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20，兩排吊點(diǎn)位置可設(shè)置為邊距750 mm，間距不大于2 500 mm；

2)起吊工況下，兩排吊點(diǎn)位置可設(shè)置為邊距1 000 mm，間距不大于3 200 mm；

3)運(yùn)輸與存放過(guò)程需考慮長(zhǎng)期存放因素影響，墊木支點(diǎn)間距及邊距需加密處理；

4)現(xiàn)澆層施工過(guò)程，支撐邊距為500 mm，兩道支撐間距最大可為1 800 mm。