郭惠琴

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司， 北京 100045)

0 引言

疊合板在結(jié)構(gòu)的耐久性、施工的便利性及效率提升等方面具有諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)住宅的主要應(yīng)用技術(shù)之一，在《裝配式建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51129—2017)[1]及各地方的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也對樓板等水平構(gòu)件的裝配提出了相應(yīng)要求。住宅工程中采用中小跨度的疊合板、預(yù)制底板為整體式接縫的設(shè)計(jì)方案較為普遍，針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件制作及安裝施工等已形成了配套完整的技術(shù)、方法和產(chǎn)品。隨著裝配式建筑技術(shù)的不斷拓展及結(jié)構(gòu)裝配化建造的多元化發(fā)展，滿足裝配化與標(biāo)準(zhǔn)化程度高、適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)性好等要求的疊合板將更具競爭力。

本文重點(diǎn)對疊合板設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在較多疑惑的幾個(gè)問題進(jìn)行探討，對預(yù)制底板接縫形式選擇與構(gòu)造、住宅中采用同層排水等需要結(jié)構(gòu)局部降板的設(shè)計(jì)難點(diǎn)提出了分析方法和構(gòu)造做法。

1 樓板裝配方案策劃要點(diǎn)

(1)裝配式建筑在方案設(shè)計(jì)階段的前期應(yīng)進(jìn)行技術(shù)策劃[2]，樓板的裝配方案是技術(shù)策劃的內(nèi)容之一，主要包括以下內(nèi)容：住宅產(chǎn)品及使用的要求，樓板布置合理性及結(jié)構(gòu)抗震的要求，預(yù)制構(gòu)件制作、運(yùn)輸、存放及安裝的要求，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性等。

(2)疊合板應(yīng)與建筑平面布置及功能模塊的組合等進(jìn)行協(xié)調(diào)，可以采用模數(shù)協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)化選型的設(shè)計(jì)方法。

(3)構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧模臺(tái)、道路、場地及起重設(shè)備等項(xiàng)目條件,確定構(gòu)件合理的控制尺寸及通用構(gòu)件尺寸序列。構(gòu)件的配筋及連接形式等應(yīng)適合標(biāo)準(zhǔn)化定型支撐及工具式模板等的應(yīng)用，并選用標(biāo)準(zhǔn)連接與接口形式。對異形板等復(fù)雜的樓板，尚應(yīng)通過確定精細(xì)化設(shè)計(jì)的方法，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件與連接、接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

2 整體式接縫的接縫寬度

整體式接縫是疊合板使用最廣泛的連接方式，技術(shù)成熟。國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集中有完整、詳細(xì)的做法，本文不再贅述。工程實(shí)踐中對接縫寬度的取值眾說紛紜，特別是在設(shè)計(jì)與施工圖審查中經(jīng)常有不同的意見，導(dǎo)致接縫寬度取值很大，尺寸多樣，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。筆者認(rèn)為一味增加接縫寬度將失去疊合板的技術(shù)優(yōu)勢，明確受力特點(diǎn)，通過合理的精細(xì)化設(shè)計(jì)，選用適宜技術(shù)，進(jìn)行技術(shù)集成，才是解決問題的關(guān)鍵。本文以工程中常用的預(yù)制底板鋼筋端部帶彎鉤(或機(jī)械錨固措施)的搭接連接做法為例進(jìn)行分析(圖1)。

圖1 整體式接縫連接示意

構(gòu)件的縱向受力鋼筋搭接長度l1應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)[3](簡稱混凝土規(guī)范)的要求，即ll=ξlla，其中ξl為縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)，la為縱向受拉鋼筋錨固長度?；炷烈?guī)范第8.4.3條的條文說明規(guī)定：對預(yù)制底板拼接處，在實(shí)現(xiàn)傳力性能的條件下，可適當(dāng)放寬搭接接頭百分率的限值，即允許有條件地采用同一連接區(qū)段鋼筋搭接接頭面積百分率為100%的鋼筋連接形式。在預(yù)制底板拼接截面內(nèi)，鋼筋應(yīng)力是不均勻的，且變化幅度較大，甚至存在受拉和受壓共存的情況；考慮到樓板構(gòu)件的變形協(xié)調(diào)與內(nèi)力重分布等特點(diǎn)，對預(yù)制底板接縫處的鋼筋搭接長度可適當(dāng)放寬。參考混凝土規(guī)范第8.4.5條的相關(guān)內(nèi)容,受壓鋼筋搭接長度可折減至受拉鋼筋搭接長度的70%，ξl取1.12；同時(shí)參考《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)[4]第7.2.20條第2款，墻體豎向鋼筋同截面連接時(shí)ξl取1.2。綜上所述，當(dāng)疊合板中預(yù)制底板的布置能夠使接縫處于樓板受力及變形較小的部位時(shí)，縱向受拉鋼筋搭接長度修正系數(shù)ξl可取1.2；其他情況，ξl宜按混凝土規(guī)范第8.4.4條的規(guī)定取值。

混凝土規(guī)范第8.3.3條規(guī)定：普通受拉鋼筋端部采用彎鉤或機(jī)械錨固措施時(shí)，鋼筋錨固長度可采用0.6的折減系數(shù)，即la=0.6lab。對于裝配式住宅常用的結(jié)構(gòu)布置形式，樓板厚度130～180mm，采用HRB400級鋼筋時(shí)，縱筋直徑8～12mm，基本可滿足設(shè)計(jì)要求。因此，縱筋搭接長度可按下式確定：

式中：d為縱筋直徑；ft為樓板混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

剪力墻住宅采用大開間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案是發(fā)展的要求和趨勢，墻體混凝土強(qiáng)度等級宜在C40～C60間選擇，可以綜合滿足住宅建筑的各方面要求。采用較高強(qiáng)度等級的混凝土有利于在大開間剪力墻結(jié)構(gòu)中有效控制剪力墻截面尺寸，在樓板設(shè)計(jì)中也應(yīng)選用與之匹配的混凝土強(qiáng)度等級，可以有效解決節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)力過大等問題，并且可以增加構(gòu)件的耐久性能、提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化水平等。因此，疊合板的混凝土強(qiáng)度等級宜采用C40，不應(yīng)低于C30。

綜上所述，疊合板預(yù)制底板采用整體式接縫時(shí)，常用縱向鋼筋的搭接長度可按表1取值。由此可見，在受力較大的疊合板中，通過精細(xì)化分析，合理確定疊合板厚度、預(yù)制底板接縫部位、混凝土強(qiáng)度等級、預(yù)制底板配筋形式等是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容。

常用受拉縱筋搭接長度ll取值/mm 表1

分析表1推薦的常用受拉縱向鋼筋搭接長度可得：疊合板預(yù)制底板整體式接縫的寬度取200～300mm時(shí)，可以滿足設(shè)計(jì)的基本要求。對于常見的雙向板，采用三塊預(yù)制底板拼接設(shè)計(jì)，板縫寬度選用200，250，300mm時(shí)預(yù)制底板可以滿足2M或3M[5]的建筑平面模數(shù)尺寸。同時(shí)接縫的合理確定有利于構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化及施工支撐體系的標(biāo)準(zhǔn)化。

3 分離式接縫的連接設(shè)計(jì)

疊合板預(yù)制底板四周采用不出筋的做法，可在構(gòu)件的制作、運(yùn)輸、存放及安裝等方面提高效率，是一種合理的現(xiàn)實(shí)需求。目前，在國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51231—2016)[6]、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 1—2014)[7]，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋桁架混凝土疊合板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 715—2020)[8]及國標(biāo)圖集20G329-1[9]中給出了各類型連接做法。筆者認(rèn)為：板端不出筋的做法比較常見，可以推廣使用；而針對單向或雙向疊合板，在預(yù)制底板的板側(cè)不出筋、采用設(shè)置附加鋼筋的整體式連接設(shè)計(jì)中，可通過探討接口的精細(xì)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，簡化安裝程序，形成標(biāo)準(zhǔn)施工工藝及程序。以下就三種接縫類型分別進(jìn)行分析。

3.1 密拼連接

疊合板為單向板時(shí)，預(yù)制底板可采用密拼連接的方式?，F(xiàn)行的做法基本為：預(yù)制底板在接縫處制作成倒角等，并在樓板施工完成后采用聚合物砂漿等密封材料填充抹平。這種做法雖然能夠滿足樓板承載力的要求，但在承載力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài)下，板縫處極易變形開裂、甚至發(fā)生填縫砂漿脫落等情況。因此，采用此種設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)將預(yù)制底板的接縫當(dāng)做部品部件的“接口”來對待：應(yīng)首先明確住宅對接縫的建筑性能要求，并以此要求對樓板的剛度、承載力、變形與裂縫控制等進(jìn)行設(shè)計(jì)及評估；還需要對構(gòu)件的安裝方式、接縫尺寸、構(gòu)件允許偏差(制作、安裝)等進(jìn)行設(shè)計(jì)與確定，并評估接縫處的表面處理做法。

采用密拼連接的單向板，樓板剛度的選擇宜滿足接縫處對兩側(cè)預(yù)制底板變形的要求。因此，考慮接縫的表面處理并適應(yīng)各種偏差影響，將接縫與施工、使用充分結(jié)合就是一種設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

單向板密拼連接做法示意見圖2，將電氣或設(shè)備管線與接縫空間相結(jié)合，通過室內(nèi)裝修及通用部品形成結(jié)構(gòu)構(gòu)件完整的“干式連接”，實(shí)現(xiàn)部分管線與支撐體的分離。在此基礎(chǔ)上結(jié)合工具式獨(dú)立支撐體系的開發(fā)，使得疊合板的支撐與管線安裝等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)更高的效率提升。

圖2 單向板密拼連接做法示意

3.2 密縫連接

對3.1節(jié)中單向板密拼連接做法進(jìn)行改進(jìn)，預(yù)制底板也采用密縫連接：接縫尺寸宜選擇50～100mm，配套小尺寸定型模板完成接縫的澆筑和連接，做法參見圖3。此種連接形式，樓板的整體性較密拼方式好，板底接縫處不需要進(jìn)行建筑裝修處理；在保證樓板混凝土施工質(zhì)量的前提下，不易出現(xiàn)裂縫，外觀效果較好。

圖3 單向板密縫連接做法示意

這種連接做法需要結(jié)合模具綜合考慮。由于縫寬較小，可采用吊模方式，有效減少落地支撐的使用，施工面簡潔；但由于吊模剛度受限于預(yù)制底板剛度，且容易受施工過程澆筑混凝土和振搗混凝土等因素的影響，容易發(fā)生漏漿等現(xiàn)象，影響外觀；在底板跨度較小，剛度較好的情況下可考慮采用此模板方式。也可結(jié)合可調(diào)節(jié)工具式定型獨(dú)立支撐體系，合理設(shè)置與墻板之間的臨時(shí)施工固定措施，有效解決上述問題，實(shí)現(xiàn)較好的設(shè)計(jì)和使用效果。

3.3 分離式配筋的整體式連接

在團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋桁架混凝土疊合板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(T/CECS 715—2020)[8]中，給出了疊合板采用分離式配筋整體式連接的計(jì)算及節(jié)點(diǎn)做法，但計(jì)算及構(gòu)造相對復(fù)雜。本文通過疊合底板的制作及鋼筋搭接，提出相對簡單的雙向板分離式配筋整體式接縫的連接做法(圖4)。

圖4 分離式配筋整體式接縫的連接做法示意

采用分離式配筋整體式接縫的連接做法，需要進(jìn)行全過程精細(xì)化設(shè)計(jì)分析。首先在預(yù)制底板劃分時(shí)，通過計(jì)算分析將板縫設(shè)置在應(yīng)力較小部位；其次在構(gòu)件制作過程中注意對外伸翼緣板的構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算及成品保護(hù)；然后在運(yùn)輸及存放過程中采用相應(yīng)的支架或墊塊，對成品進(jìn)行保護(hù)；最后在施工過程中對支撐體系進(jìn)行專門分析，采用獨(dú)立支撐，對外伸翼緣板進(jìn)行支撐，以保證安裝及二次疊合受力過程的合理性。

4 疊合板降板處理方法

隨著住宅衛(wèi)生間采用同層排水[10]、整體式底盤等要求的提出，在需要結(jié)構(gòu)較大尺寸降板的部位，疊合板的設(shè)計(jì)問題顯得尤為重要。建筑設(shè)計(jì)方案的適宜性是關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可通過合理的計(jì)算分析、細(xì)化的構(gòu)造做法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的設(shè)計(jì)。

同層排水需要的高度受以下因素影響：潔具的類型及排水管線的找坡高度。首先潔具的排水方式及同層排水系統(tǒng)的連接件會(huì)影響所需建筑做法的厚度要求。目前后排潔具無需結(jié)構(gòu)降板，這是最經(jīng)濟(jì)合理的模式，但潔具產(chǎn)品類型少，標(biāo)準(zhǔn)化程度低；而產(chǎn)品類型較多的下排潔具要求衛(wèi)生間需要200mm左右高的結(jié)構(gòu)降板。其次在建筑和裝修設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)功能需求，精細(xì)布置用水點(diǎn)與管井的位置關(guān)系，減小找坡所需高度及降板的范圍。

4.1 降板有限元計(jì)算分析

將疊合板設(shè)計(jì)方法與結(jié)構(gòu)降板的需求結(jié)合起來，設(shè)計(jì)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)做法是急需解決的問題。圖5是常見衛(wèi)生間局部降板平面示意。對其采用MIDAS Gen軟件進(jìn)行樓板有限元分析，樓板計(jì)算條件為：短跨軸距5.4m，長跨軸距6.6m，板厚160mm，左支座及上支座固結(jié)，另外兩邊支座簡支，荷載條件為恒載3.5kN/m2，活載2kN/m2。

圖5 常見衛(wèi)生間局部降板平面示意

由于疊合板在施工過程中設(shè)置工具式支撐體系，且接口連續(xù)等強(qiáng)，其設(shè)計(jì)計(jì)算方法可與現(xiàn)澆樓板相同。上述空間不規(guī)則樓板的有限元計(jì)算結(jié)果(圖6)表明，降板造成的空間不規(guī)則及平面不規(guī)則對整體樓板彎矩影響較?。划?dāng)衛(wèi)生間位于角部時(shí)，由于降板交接面形成了剛度較好的邊肋，可以提供一定的支撐作用，樓板的整體彎矩有所降低；降板邊肋形成了一定的支座效應(yīng)，交接面出現(xiàn)局部應(yīng)力集中及負(fù)彎矩，設(shè)計(jì)過程中可根據(jù)降板位置、高度及有限元分析結(jié)果合理劃分構(gòu)件，通過部件接口的精細(xì)化設(shè)計(jì)，簡化構(gòu)件外形及制作工藝，同時(shí)根據(jù)分析結(jié)果在降板交接板肋處設(shè)置一定的樓板上部鋼筋，處理角部應(yīng)力集中，做好節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。通過上述精細(xì)化接口設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)裝配式樓板體系的進(jìn)一步完善和提升。

圖6 樓板計(jì)算彎矩云圖/(kN·m)

4.2 降板接縫構(gòu)造

圖5中1-1斷面所示為垂直于預(yù)制底板布置方向的局部降板接縫，利用預(yù)制底板制作部分預(yù)制角模板，結(jié)合衛(wèi)生間隔墻位置的交接面高差，設(shè)置較小寬度的翻邊，此翻邊作為施工過程中的模板，不參與受力。通過高差部位自然形成的較高邊肋，進(jìn)行鋼筋構(gòu)造連接或設(shè)置暗折梁構(gòu)造，此方式將疊合底板劃分為規(guī)則板塊，預(yù)制構(gòu)件相對簡單，連接可靠，邊梁剛度較大，變形較小。當(dāng)板頂高差H不大于板厚時(shí)，節(jié)點(diǎn)做法參見圖7(a)及圖8(a)；當(dāng)板頂高差H大于板厚時(shí)，節(jié)點(diǎn)做法參見圖7(b)及圖8(b)。采用此方法應(yīng)注意衛(wèi)生間內(nèi)管井和風(fēng)道需要在降板交接面適當(dāng)避讓。

圖7 單向疊合板降板處連接示意

圖8 雙向疊合板降板處連接示意

圖5中2-2斷面為與預(yù)制底板布置同方向的局部降板接縫，可采用類似1-1剖面的做法，也可采用彎折疊合底板方式，做法見圖9。當(dāng)采用圖9(a)的做法時(shí)，需關(guān)注構(gòu)件在運(yùn)輸、存放及吊裝過程中的安全，設(shè)計(jì)必要的輔助工具，保證全過程構(gòu)件的質(zhì)量；當(dāng)采用圖9(b)的做法時(shí)，需關(guān)注管線預(yù)埋問題。

圖9 降板處采用預(yù)制構(gòu)件連接示意

4.3 降板與外墻連接構(gòu)造

圖5中3-3斷面為局部降板處樓板與預(yù)制墻板的連接。當(dāng)板頂高差H不大于150mm時(shí),可采用圖10(a)的做法，此做法可能會(huì)導(dǎo)致外墻板高度降低，影響衛(wèi)生間外墻窗高，對建筑外立面帶來不利影響；加高的墻體后澆帶使得此處安裝面標(biāo)高不易控制準(zhǔn)確，應(yīng)采取嚴(yán)格措施控制合理誤差，避免對墻板安裝帶來不利影響；同時(shí)此處宜在室內(nèi)設(shè)置50mm寬度的翻邊，便于安裝上層墻板時(shí)結(jié)合面灌漿飽滿，以保證水平接縫的安全性。當(dāng)板頂高差H大于150mm時(shí)，建議采用圖10(b)的做法，在墻板內(nèi)相應(yīng)預(yù)留連接鋼筋，以保證外墻窗高度、墻板高度及墻板構(gòu)件側(cè)模的一致性，對建筑立面協(xié)調(diào)及完整性更為有利。通過上述對構(gòu)件連接的精細(xì)化設(shè)計(jì)，合理解決功能需求、構(gòu)件設(shè)計(jì)及安裝精度控制等問題，便于樓板體系在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

5 結(jié)語

在裝配式建筑的疊合板設(shè)計(jì)中，樓板裝配方案應(yīng)從專業(yè)技術(shù)策劃[11]開始，秉承全過程設(shè)計(jì)的原則。通過樓板的精細(xì)化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)通用預(yù)制構(gòu)件、標(biāo)準(zhǔn)連接與接口的廣泛應(yīng)用，提高預(yù)制構(gòu)件制作的標(biāo)準(zhǔn)化及安裝施工的工具化、規(guī)范化程度。對于平面及空間不規(guī)則或有特殊開洞的樓板，通過補(bǔ)充有限元分析等精細(xì)化設(shè)計(jì)措施，也可采用疊合板的裝配方式，并實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)與安裝施工。