胡其星

(廈門(mén)智欣建工科技有限公司，福建 廈門(mén) 361023)

0 引言

當(dāng)下裝配式建筑在國(guó)內(nèi)有很好的市場(chǎng)，2016年9月國(guó)務(wù)院將裝配式建筑的發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略[1]。發(fā)展裝配式建筑有利于節(jié)約資源、減少施工污染、提升勞動(dòng)效率和質(zhì)量安全水平，還有利于促進(jìn)建筑業(yè)與信息化、工業(yè)化深度融合[2]。目前我國(guó)流行采用裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)[3]，可有效實(shí)現(xiàn)“四節(jié)一環(huán)?！钡木G色發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放的建造過(guò)程，促進(jìn)我國(guó)建筑業(yè)的整體發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的節(jié)能減排目標(biāo)。在裝配式建筑中，預(yù)制疊合板構(gòu)件憑借自身整體性好、可靠性高、施工方便等優(yōu)勢(shì)，成為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)件類(lèi)型[4]。預(yù)制疊合板構(gòu)件分為傳統(tǒng)出筋預(yù)制疊合板與不出筋預(yù)制疊合板，前者在生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工等環(huán)節(jié)存在諸多問(wèn)題，后者提高裝配式建筑施工效率方面更勝一籌。本文僅對(duì)不出筋預(yù)制疊合板進(jìn)行靜力荷載試驗(yàn)研究。

1 不出筋預(yù)制疊合板的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ1-2014）[5]規(guī)定：預(yù)制疊合板之間使用分離式接縫時(shí)，宜按單向板設(shè)計(jì)，長(zhǎng)寬比不大于3且使用整體式接縫的四邊支承疊合板，可按雙向板設(shè)計(jì)。因此，在實(shí)際工程中，雙向疊合板需要使用整體式接縫[6]。使用整體式接縫時(shí)，預(yù)制底板需要預(yù)留外伸鋼筋，這樣的預(yù)制底板稱為傳統(tǒng)出筋預(yù)制疊合板。該疊合板采用四個(gè)側(cè)面底筋外伸的方式，通過(guò)外露鋼筋，與現(xiàn)澆支座進(jìn)行連接，傳力明確，但是四面出筋導(dǎo)致預(yù)制疊合板構(gòu)件在生產(chǎn)、堆放、運(yùn)輸、安裝等環(huán)節(jié)中存在較多弊端。取消疊合板外伸底筋、采用四面不出筋的預(yù)制疊合板，是實(shí)現(xiàn)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、流水作業(yè)機(jī)械化的關(guān)鍵所在，也是提高裝配式建筑施工現(xiàn)場(chǎng)高效建造的重要途徑。

圖1是不出筋預(yù)制疊合板的支座構(gòu)造示意圖[7]，疊合板采用不出筋工藝，如圖2所示。

圖1 不出筋預(yù)制疊合板支座構(gòu)造示意圖

圖2 不出筋預(yù)制疊合板構(gòu)件圖

不出筋預(yù)制疊合板優(yōu)勢(shì)明顯，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，預(yù)制疊合板構(gòu)件四面不出筋，容易在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化、模數(shù)化，大大降低了設(shè)計(jì)難度和工作量。

（2）構(gòu)件生產(chǎn)方面，預(yù)制疊合板構(gòu)件模具不用考慮出筋開(kāi)孔，模具剛度顯著提升，模具的通用性極高，攤銷(xiāo)成本降低；構(gòu)件的鋼筋網(wǎng)片可采用自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行數(shù)控加工，減少人工用量，生產(chǎn)效率得到有效的提升。

（3）構(gòu)件堆放、運(yùn)輸方面，預(yù)制疊合板構(gòu)件取消了外露鋼筋，便于構(gòu)件疊放，可以提高堆放場(chǎng)地的利用率，在構(gòu)件運(yùn)輸過(guò)程中，減少了因?yàn)橥饴朵摻顚?dǎo)致構(gòu)件超寬的情況，降低運(yùn)輸成本。

（4）構(gòu)件施工方面，不出筋預(yù)制疊合板解決了傳統(tǒng)疊合板出筋導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)梁鋼筋綁扎困難、鋼筋碰撞嚴(yán)重的通病，避免了疊合板外露鋼筋易生銹、易刮傷工人的情況，有效提高了預(yù)制構(gòu)件的安裝效率，便于現(xiàn)場(chǎng)管理。

2 靜力載荷試驗(yàn)不出筋預(yù)制疊合板靜力載荷試驗(yàn)研究

為探索不出筋預(yù)制疊合板工藝的受力性能，按實(shí)際尺寸、配筋制作不出筋預(yù)制疊合板，并與周邊支座現(xiàn)澆成整體，進(jìn)行如圖3所示的靜力載荷試驗(yàn)，檢測(cè)不出筋預(yù)制疊合板在受力狀態(tài)下支座和跨中的應(yīng)力、變形及裂縫發(fā)展情況。

圖3 不出筋預(yù)制疊合板靜力載荷試驗(yàn)示意圖

2.1 試驗(yàn)樓板的基本設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料可知試驗(yàn)樓板的基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

（1）材料：樓板的混凝土強(qiáng)度為C30，鋼筋采用HRB400。

（2）荷載：正常使用階段活荷載為2.0kN/m2。

（3）板厚：樓板總厚度為130mm，其中預(yù)制板厚度為60mm，現(xiàn)澆板厚度為70mm。

（4）邊界約束：三邊回接，一邊自由端。

（5）試驗(yàn)樓板的安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，重要性系數(shù)γ0＝l.0，最外層鋼筋保護(hù)層厚度為15mm，環(huán)境類(lèi)別為一類(lèi)，使用功能為書(shū)房。

（6）裂縫控制等級(jí)為二級(jí)，最大裂縫寬度限值為0.30mm，撓度限值為L(zhǎng)0／200。

根據(jù)《鋼筋桁架混凝土疊合板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[8]第5.4.6條，桁架預(yù)制板縱向鋼筋不伸入支座時(shí)，后澆混凝土疊合層厚度不應(yīng)小于桁架預(yù)制板厚度的1.3倍，且不應(yīng)小于75mm。本項(xiàng)目預(yù)制疊合板厚度為60mm，后澆混凝土疊合層厚度為80mm，可滿足上述條件。

2.2 靜力載荷試驗(yàn)

為了了解該樓板結(jié)構(gòu)在正常使用極限狀態(tài)下的應(yīng)力、變形（撓度）和裂縫情況，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的受力性能，為工程各方提供可靠的參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)方案且依《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50152-2012）[9]中規(guī)定的荷載分級(jí)、持荷時(shí)間，采用均布荷載進(jìn)行檢驗(yàn)性短期靜力加荷正常使用狀態(tài)試驗(yàn)。在不出筋預(yù)制疊合板的底筋處布置6個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，如圖4（a）所示，在疊合板的現(xiàn)澆板頂筋處布置10個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，同時(shí)在疊合板跨中及周邊各邊界中心布置5個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，如圖4（b）所示。采用裂縫測(cè)寬儀器觀察井記錄試驗(yàn)樓板在試驗(yàn)荷載過(guò)程中的裂縫開(kāi)展及裂縫寬度。主要觀測(cè)截面為跨中板底及邊界支點(diǎn)板面受彎裂縫。樓板鋼筋應(yīng)力實(shí)測(cè)值如表1所示。

表1 疊合板鋼筋應(yīng)力實(shí)測(cè)值

圖4 疊合板應(yīng)力及撓度測(cè)點(diǎn)布置圖

試驗(yàn)采用袋裝沙袋進(jìn)行分級(jí)加荷，在使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值前，每級(jí)加載數(shù)值不大于使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值的20%；超過(guò)使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值后，每級(jí)加載數(shù)值不大于使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值的10%；對(duì)于接近檢驗(yàn)終止加載荷載值時(shí)，每級(jí)加載數(shù)值不大于使用狀態(tài)短期試驗(yàn)荷載值的5%。

本次試驗(yàn)按樓板的荷載進(jìn)行控制，基本分為12級(jí)加載，初始值為58%σ（sσs是材料的屈服強(qiáng)度），每級(jí)加載值分 別 為65%σs、70%σs、75%σs、80%σs、85%σs、90%σs、95%σs、100%σs、105%σs、110%σs、l15%σs、122%σs；在100%σs荷載等級(jí)下持載時(shí)間為24h，122%σs荷載等級(jí)下持載時(shí)間為1h，其余各級(jí)加載完成后持載10min。持荷時(shí)間：在100%σs荷載等級(jí)下持載24h，122%σs荷載等級(jí)下持載lh，其余各級(jí)加荷完成后持載10min。每級(jí)持荷完成后讀取各百分表數(shù)值，測(cè)讀每條控制裂縫的寬度，觀察樓板可能出現(xiàn)新裂縫，并觀察記錄己有控制裂縫端部的開(kāi)展情況。加載終止后第一級(jí)卸載至l00%σs，持荷10min，讀取百分表讀數(shù)和裂縫寬度，第二級(jí)卸完所有外加試驗(yàn)荷載，待30min后，再讀取百分表讀數(shù)和裂縫寬度、應(yīng)變值。試驗(yàn)得到的疊合板跨中撓度變形分析如表2所示。

表2 疊合板跨中撓度變形分析表

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)靜力載荷試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果可得出以下結(jié)論：

（1）在試驗(yàn)荷載作用下，結(jié)構(gòu)受力符合一般力學(xué)規(guī)律，應(yīng)力和撓度均與荷載基本呈線性關(guān)系；最大相對(duì)殘余應(yīng)力為9.52%，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出最大相對(duì)殘余變形為3.37%，均不大于20%，表明結(jié)構(gòu)仍處于彈性工作階段。

（2）在荷載準(zhǔn)永久組合下，跨中撓度實(shí)測(cè)值為1.84mm，小于其撓度限值8.13mm。

（3）加載至100%σs荷載級(jí)并持荷24h，以及加載至122%σs荷載級(jí)并持荷24h，對(duì)所檢測(cè)樓板的板底及板面進(jìn)行觀察，試驗(yàn)樓板均未發(fā)現(xiàn)有新增明顯肉眼可見(jiàn)的裂縫。

根據(jù)靜力載荷檢測(cè)結(jié)果，本次試驗(yàn)的不出筋預(yù)制疊合板在正常使用狀態(tài)下支座和跨中的鋼筋應(yīng)力、裂縫和撓度情況均滿足規(guī)范要求[10]。

3 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)制疊合板采用不出筋的工藝，可有效解決出筋預(yù)制疊合板存在的諸多弊端，達(dá)到預(yù)制構(gòu)件的模數(shù)化、通用化，從而實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工，有效降低工程成本，提升建筑質(zhì)量，提高施工效率，符合國(guó)家大力發(fā)展裝配式的政策，有利于推動(dòng)裝配式建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，是一種值得大力推廣的預(yù)制疊合板工藝。

通過(guò)對(duì)不出筋預(yù)制疊合板進(jìn)行靜力載荷檢測(cè)并分析其結(jié)果，可以看出不出筋預(yù)制疊合板在正常使用狀態(tài)下支座和跨中的鋼筋應(yīng)力、裂縫和撓度情況，均可滿足同等狀態(tài)下設(shè)計(jì)傳統(tǒng)疊合板的規(guī)范要求。因此在預(yù)制疊合板時(shí)采用不出筋工藝既能避免傳統(tǒng)疊合板的弊端，又能使疊合板滿足安全設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。