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                  《裝配式建筑樓板的實踐與探索》

                  《裝配式建筑樓板的實踐與探索

                  一、裝配式建筑常見樓板形式及優缺點

                  (一)鋼制樓承板

                  1、壓型鋼板樓承板。

                  優點:自重輕;施工速度快,效率高。缺點:跨度小,剛度差;大跨需增加波高,鋼筋難放置,混凝土用量大;民用建筑需吊頂;易變形,易漏漿。

                  2、桁架樓承板。

                  優點:自重輕、施工速度快;缺點:跨度小、剛度差;大跨需增加桁架密度,易漏漿;需吊頂;用于住宅去掉鐵皮困難,還要反手抹灰。

                  (二)預制混凝土樓板

                  1、雙T板

                  2、SP預應力空心板

                  優點:跨度大、剛度大;施工效率高、經濟性好。缺點:單向配筋,冗余度差;支座適合鉸接形式,難以形成剛接;起拱一致性不好控制,易出現板縫高差;板厚、自重大,影響層高;整體性差,抗震性能較弱。

                  (三)鋼筋混凝土疊合板

                  1、預應力混凝土平板疊合板。

                  優點:制作簡單,成本低,抗裂性好。缺點:起拱一致性不好控制,易出現板縫高差;做雙向板時,需做拉開縫做現澆帶;板較厚,自重大。

                  2、鋼筋混凝土平板疊合板。

                  優點:制作簡單;缺點:剛度差,易開裂。

                  3、鋼筋混凝土桁架疊合板。

                  普通鋼筋桁架疊合板源于上世紀五十年代德國,在全球使用超過60年,在歐、美、日等發達國家大規模使用,技術較為成熟。本世紀初引入中國,并在實際工程中得到大量應用。但由于國情的不同,該技術在我國實際應用也產生了一些痛點。如:

                  · 厚度較厚。規范規定的厚度在60mm以上,再加現澆層80mm,造成疊合后整體厚度大于140mm。目前國內現澆板的厚度普遍在120mm左右,直接造成結構自重增加15%左右。

                  · 支撐多。支撐普遍在1.2~1.5米左右。比現澆板沒減多少。

                  · 板縫多、現澆帶多。規程規定,該板必須進行拉縫,以使用鋼筋進行搭接,從而形成雙向板。而且板縫不能位于跨中,從而使每個房間的板縫多于兩條。若進行并縫密拼處理,后澆層厚度須大于2h/3,從而又增加了結構自重。密拼縫只能做單向板整體接縫施工復雜,技術難度大。鋼筋受損嚴重 現澆帶現場做法鋼筋復位困難,鋼筋受損傷。管線穿行困難。

                  · 四面出筋。四面出胡子筋。規程規定,桁架疊合板鋼筋須進入支座,從而造成胡子筋和梁負筋打架,造成極大的施工困難。

                  · 剛度差、易開裂。該產品由于是一個非預應力產品,在存放、運輸、吊裝過程中極易變形開裂。

                  · 自重大、板幅小。每平方米容重150kg,生產、運輸、吊裝效率差。

                  · 標準化程度低。設計工作量大;模具消耗量大;用工多;生產效率低。

                  · 造價高。由于設備投資大,用鋼量大,還有上面提到的諸多原因,比現澆成本增加。

                  · 安全隱患多。因補空板模板的存在,疊合板底需調平。調平用模板會導致腳手架受力不均,部分腳手架立桿受力過大。

                  鋼筋桁架疊合板是目前國內最為流行的疊合板預制底板,為了其得到更好地應用,國內有不少專家教授都在積極研究解決辦法。

                  (四)PK預應力混凝土疊合板

                  二、新型預應力混凝土疊合板的研發歷程

                  1999年,周緒紅和吳方伯教授開始研究帶肋疊合樓板,PK1型由周院士2004年發明,并獲2008年國家科技進步二等獎,在周院士指導下又歷經十年之功先后推出了第二代和第三代產品。PK3型板已經大規模推向市場,其采用混凝土鋼管桁架肋,剛度適中、承載能力強、自重輕、寬度大、韌性好、生產效率高,方便穿插管線,可徹底解決傳統桁架板厚度過厚、四面出筋、拉板縫、易開裂、跨度小、支撐多、造價高等痛點。

                  PK一代板。關鍵詞:10年=1999年-2009年、發明專利買斷、1000萬、國家科技進步二等獎;應用中存在的問題:矩形肋的矩形洞脫模困難。

                  PK二代板。關鍵詞:專利成果轉化、專利→產品→產線、技術體系與系統工程研發、累計應用面積超500萬平米;應用中存在的問題:剛度太大不利調整板差、T型肋支模難度大影響生產效率、現場的管線工作量增加。

                  為解決二代板的問題,研發PK三代板,我們對多種技術方案做了探索。

                  ·典型試驗1

                  預應力底板+普通鋼筋桁架。結論:中間不設支撐狀態下加載至1KN/m2時無開裂,跨中總撓度L/279;加載至1.5KN/m2時,板下撓嚴重,跨中上弦鋼筋彎曲,失去承載力;不能滿足施工要求。

                  ·典型試驗2 (與山東大學合作)

                  預應力底板+矩形鋼管桁架 (管內填50MPa砂漿);板尺寸3.9 X1m,板厚30mm;10根Φ5預應力筋,桁架上弦為50mmx100mm矩形鋼管內填砂漿;混凝土C40。結論:中間不設支撐狀態下,加載至3KN/m2時出現裂縫,跨中撓度15mm (即1/250L) ;加載至6KN/m2時,撓度加大,跨中上弦鋼管鼓曲;鋼管桁架腹筋與混凝土底板錨固良好,未有拔出現象。

                  滿足施工要求,但制作成本高。

                  ·典型試驗3

                  預應力底板+鋼管桁架(管內填50MPa砂漿)板長3.600m ,板寬1m ,平均板厚 35mm;

                  預應力筋面積 157mm2;混凝土采用C40。結論:外加荷載,2.5KN/m2底板跨中位移值14mm (即1/250L);加載至5.45KN/m2 時,撓度加大,跨中鋼管鼓曲;鋼管桁架腹筋與混凝土底板錨固良好,未有拔出現象;滿足施工要求,制作成本下降。

                  ·典型試驗4 (與山東建筑大學合作)

                  兩種工況荷載試驗板。尺寸4.55X2.1m,板厚35mm,34根Φ5預應力筋,混凝土C40;

                  工況1——中間不設支撐:撓度18mm(即1/250L)時,加載為2.10kN/㎡;

                  工況2——中間增設1道支撐:繼續加載至7.67kN/㎡(1.3倍承載力荷載值)時,第一跨撓度下降1mm,第二跨撓度下降2mm,無裂縫。

                  ·典型試驗5 (與山東建筑大學合作)

                  大跨連續板荷載試驗。板尺寸8.020X1.0m,板厚40mm,30根Φ5預應力筋,混凝土C50;

                  本次試驗最大撓度4mm時,加載為13.36kN/㎡。

                  ·典型實驗6 (與湖南大學合作)

                  受力雙向性實驗。與有限元分析對比試驗與模擬結果進行對比可以發現,有限元計算模型板底受拉損傷與試驗板的實際裂縫分布基本一致,在預制底板上形成了明顯的塑性鉸線。是典型雙向受力。

                  ·典型試驗7 (與天津大學合作)

                  預應力方向疊合后載荷試驗。預應力方向疊合后試件試驗(3米)。板厚140mm、160mm結論:疊合后承載能力好;疊合后新老混凝土配合良好;彈性工作狀態下,單向簡支撓度約1/500~800,性能好于普通現澆板。

                  ·典型試驗8(與天津大學合作)

                  密拼疊合后載荷試驗。垂直預應力方向3塊1米板密拼疊合后試件試驗(3米)。結論:疊合后承載能力好;密拼完全可以形成雙向板;活荷載5KN/m2時,處于彈性工作狀態,撓度約1/400。

                  ·典型試驗9

                  吊裝荷載試驗。四個吊點,施工吊裝荷載每個吊點2.70KN,實驗每個吊點能承受荷載超過10KN,安全系數大于4。

                  ·典型試驗10

                  懸挑載荷試驗5m長板,懸挑1.5m荷載加至500kg/m2,端頭撓度下降22mm(約L/70),支座處無裂縫;5m板,懸挑2m荷載加至200kg/m2,端頭撓度下降30mm(約L/60),支座處無裂縫;

                  ·防火試驗

                  (國家建筑工程質量監督檢驗中心完整性:大于121分鐘 ;隔熱:大于121分鐘;承載能力:大于121分鐘

                  三、鋼管桁架預應力混凝土疊合板的優勢

                  1、板型薄。厚度35mm左右,疊合后110mm~125mm左右,極大減輕結構自重少用混凝土、鋼材,節能減排;減少運輸,減少城市壓力 。

                  2.支撐少。支撐間距可達4米。鋼框架結構安裝過程無支撐。

                  3.無補空板。主受力方向鋼筋為預應力鋼筋,橫向鋼筋施工時后穿,形成雙向板;

                  4.一面出胡子筋,安裝方便?!半[模切板”工藝后亦可不出筋。

                  5.剛度可調節,不開裂。由于采用預應力技術,上部受壓區采用鋼管桁架,鋼管內注入砂漿,保證了在用鋼量最小的情況下有足夠的剛度;

                  6.板幅大、自重小。最大可做到3X12平方米,容重僅為85千克/平方米左右,極大地提高了生產、運輸、吊裝效率。

                  7.施工效率高。穿插作業、并行施工第二層樓面鋼筋綁扎完畢,準備澆筑混凝土

                  第三層安裝完PK3型板。

                  8.節省成本。

                  9.產線自動化水平高。

                  10.投資少、回收快建廠成本省、投資回收快。滿足同樣產能要求,PK3型板產線裝備的投資省一半。

                  四、智能流水線裝備介紹(PK3型板)

                  鋼管桁架預應力混凝土疊合板智能化流水線主要由固定生產線系統和跨線移動設備兩大部分組成。

                  該系統在結構上集運行軌道、應力承受、模板模具、張拉防護、噴淋覆蓋、整體溫控養護、鋼筋下料輸送、跨線設備擺渡、電力及壓縮空氣輸送等多功能于一體,集成化、標準化、模塊化,功能完善、組合方便,組線長度可調,滿足不同用戶需求。

                  跨線移動設備可實現混凝土數字化智能布料、振搗,專業化起板、碼放、轉運,多條固定生產線系統共用,流水化作業,減少設備投入,提高生產效率。

                  五、PK3型板的應用場景

                  (一)小跨度疊合板

                  跨度≤4.2m ;總板厚110mm;降低板厚,減輕結構自重。應用于混凝土剪力墻結構,在鋼框架結構工程中的成本節約優勢更為明顯。

                  (二)中等跨度疊合板

                  4.2m<跨度≤6.0m ;總板厚:120~160mm;量大面廣,適用各種結構形式。

                  (三)跨梁連續疊合板

                  單跨跨度≤4.5m ;板總長度≤9.0m ;總板厚:120~130mm;

                  形成連續板,降低撓度,減少支撐;減少構件種類及數量,提升吊裝效率。

                  (四)大跨度疊合板

                  6.0m<跨度≤9.0m ;總板厚:160~250mm;實心板+空心板+減重箱,減少次梁。

                  (五)超大跨度疊合板

                  9.0m<跨度≤15.0m ;總板厚≥220mm;減重箱+井字梁,適用超大跨、重載。


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