王曉鋒 那振雅 趙廣軍 韓偉濤

(1.中冶建筑研究總院有限公司,北京 100088;2.中國建筑科學(xué)研究院有限公司,北京 100013)

1 概 述

建筑工業(yè)化是改變建筑業(yè)粗放生產(chǎn)模式、推動行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要途徑,發(fā)展裝配式建筑是推動建筑工業(yè)化的重要舉措。國家發(fā)布了多項(xiàng)推廣裝配式建筑的政策,裝配式建筑發(fā)展受到行業(yè)普遍關(guān)注;2021年全國裝配式建筑新開工面積已達(dá)7.4億m2,其中裝配式混凝土結(jié)構(gòu)占比近七成[1],而各類預(yù)制混凝土板類構(gòu)件是最主要的應(yīng)用形式。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土板類構(gòu)件在經(jīng)濟(jì)性、建造效率等方面具有顯著優(yōu)勢,是世界各國應(yīng)用最廣的板類構(gòu)件。

預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板(簡稱雙T板)是最常用的預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,采用高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)鋼絞線,具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、生產(chǎn)方式簡便、承載力大、安裝免支撐及經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn),廣泛用于各類大跨工業(yè)和民用建筑的屋面板、樓面板,也可用于工業(yè)建筑外墻板[2]。隨著建筑工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn),大跨、重載的裝配式公共建筑、工業(yè)建筑建設(shè)量不斷增多,推進(jìn)雙T板應(yīng)用技術(shù)研究與工程應(yīng)用具有重要經(jīng)濟(jì)與學(xué)術(shù)價(jià)值。

國外20世紀(jì)60年代已在廠房、停車樓等建筑中大規(guī)模使用雙T板,長線臺生產(chǎn)的雙T板是北美地區(qū)應(yīng)用最廣泛的預(yù)制構(gòu)件[3]。發(fā)達(dá)國家已形成較完備的雙T板應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系,如美國預(yù)制/預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會編寫的《PCI設(shè)計(jì)手冊》(第七版)[4],美國混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)會編制的ACI 318-19《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]等。

我國曾在20世紀(jì)70年代將跨度15 m以內(nèi)的雙T板用于廠房屋面,之后八九十年代隨著現(xiàn)澆混凝土、輕鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展雙T板應(yīng)用量逐漸減少[6]。21世紀(jì)以來雙T板先在黑龍江及沿海各省逐步恢復(fù)用于工業(yè)建筑屋面,并隨著裝配式建筑的推廣在上海、江蘇、深圳等地逐漸應(yīng)用于各類多層建筑樓面。目前我國雙T板有坡板和平板兩種,跨度一般在9～30 m,多為單模生產(chǎn),組合式模具的生產(chǎn)方式也在逐漸推廣中[7]。中國建筑科學(xué)研究院于2006年?duì)款^編制了國標(biāo)圖集SG432-1～3《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[8-10],為應(yīng)用雙T板的工程提供了依據(jù);結(jié)合近年的研究成果與工程經(jīng)驗(yàn),近期又修訂發(fā)布了新版國標(biāo)圖集18G432-1《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[11]。中國建筑科學(xué)研究院還主編了首部雙T板產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)T/CCES 6001—2020《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[12],填補(bǔ)了雙T板產(chǎn)品領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)空白,為雙T板應(yīng)用、生產(chǎn)、檢驗(yàn)等提供了依據(jù)。

本文總結(jié)雙T板的研究與應(yīng)用進(jìn)展,并提出思考與探討,以期為進(jìn)一步發(fā)展雙T板提供參考。

2 研究現(xiàn)狀分析

2.1 文獻(xiàn)要點(diǎn)數(shù)據(jù)

基于Web of Science 核心數(shù)據(jù)庫和中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中相關(guān)文獻(xiàn),對雙T板研究與應(yīng)用的要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)分析。

1)Web of Science。

在Web of Science核心數(shù)據(jù)庫中的Science Citation Index Expanded(1945年至今)搜索關(guān)鍵詞“double tees”,通過人工剔除與本研究主題不相關(guān)的文獻(xiàn),共得到有效SCI文獻(xiàn)162篇,其中PCI Journal是發(fā)表相關(guān)研究最多的期刊(92篇)。

基于統(tǒng)計(jì)得到的162篇文獻(xiàn),采用SATI 3.2軟件對關(guān)鍵詞頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì),共涉及501個不同的關(guān)鍵詞。通過對詞語單復(fù)數(shù)、相同意思不同表達(dá)等進(jìn)行手工處理,并去掉research、double tees、prestressed/precast concrete等與研究整體分析無關(guān)的詞,最終得到頻次大于等于4的關(guān)鍵詞見圖1。從圖1可以看出,停車樓是雙T板應(yīng)用的主要場景,而設(shè)計(jì)、連接方式、抗震、施工為雙T板研究的熱點(diǎn)。

圖1 關(guān)鍵詞頻次統(tǒng)計(jì)Fig.1 Keywords frequency statistics

2)中國知網(wǎng)。

截至2021年,在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中檢索以“雙T板”為主題的期刊文獻(xiàn)共136篇,2000年后不同年份的發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計(jì)見圖2。由圖2可知,2011年后發(fā)文數(shù)量逐漸增加,2017年后顯著增多,這與裝配式建筑推廣政策及行業(yè)發(fā)展的時間點(diǎn)基本吻合。

通過對知網(wǎng)文獻(xiàn)的閱讀分析,發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)研究重點(diǎn)主要在雙T板的生產(chǎn)與應(yīng)用,包括生產(chǎn)工藝、施工技術(shù)等;部分學(xué)者對雙T板的受彎性能、端部及板面連接方式等進(jìn)行了研究。

2.2 研究進(jìn)展

2.2.1構(gòu)件受力性能

雙T板肋梁一般按單向簡支受彎的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì),面板按肋外懸挑、肋間連續(xù)的鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方法相對成熟,對雙T板受力性能的研究熱點(diǎn)為高性能材料、新型截面形式、特殊工況等。

應(yīng)用高性能材料可提高雙T板受力性能與耐久性。Antonio進(jìn)行了聚丙烯纖維增強(qiáng)自密實(shí)混凝土(SCFRC)雙T板抗剪性能試驗(yàn)(圖3),結(jié)果表明在板預(yù)應(yīng)力分布均勻及端部區(qū)域,聚丙烯纖維增強(qiáng)自密實(shí)混凝土可代替部分抗剪鋼筋,可采用Eurocode 2、ACI 318-19和Model Code 2010計(jì)算雙T板抗剪強(qiáng)度[13]。Botros等進(jìn)行了均布荷載作用下面板配置碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)網(wǎng)格筋的雙T板抗彎試驗(yàn)和足尺面板承載力試驗(yàn),提出了不同荷載條件下的雙T板面板理論破壞模型及精度較高的面板承載力計(jì)算方法[14]。

圖3 SCFRC雙T板試驗(yàn)[13]Fig.3 SCFRC double tees test

John等對肋梁開洞雙T板在均布荷載作用下的受力性能進(jìn)行試驗(yàn)研究(圖4),證明有限開洞的肋梁與不開洞的抗彎性能一致,給出了可開洞肋梁的計(jì)算流程與配筋構(gòu)造[15]。周威等對停車樓結(jié)構(gòu)有無后澆層雙T板的抗彎性能進(jìn)行試驗(yàn)研究,驗(yàn)證了有無后澆層雙T板受力性能均滿足要求;設(shè)置后澆層可明顯提高雙T板剛度,靜載下裂縫和變形控制更有優(yōu)勢[16]。熊學(xué)玉等對兩種跨度的足尺雙T板抗彎性能開展研究,指出雙T板預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際預(yù)應(yīng)力與設(shè)計(jì)值最大偏差達(dá)14%,建議采取可靠措施確保有效預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求[17];我國GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(2015版)[18]中裂縫寬度計(jì)算方法應(yīng)用于雙T板計(jì)算結(jié)果偏小,但規(guī)范[18]對開裂彎矩、短期剛度和正截面承載力的計(jì)算較準(zhǔn)確。蘆靜夫等對30 kN/m2活荷載的典型辦公樓工程足尺雙T板進(jìn)行受力性能試驗(yàn)研究,結(jié)果表明雙T板的受彎及受剪承載力均滿足規(guī)范[18]和設(shè)計(jì)要求,并給出了防止生產(chǎn)過程中開裂的構(gòu)造措施[19]。

圖4 開洞板試驗(yàn)[15]Fig.4 Open hole plate test

現(xiàn)階段常用雙T板的構(gòu)件設(shè)計(jì)已有完善的設(shè)計(jì)方法,可滿足工程應(yīng)用要求。為提高雙T板的受力性能,可采用高性能材料、新型構(gòu)造等方式,其性能和設(shè)計(jì)方法尚待進(jìn)一步研究。

2.2.2端部連接方式

美國《PCI設(shè)計(jì)手冊》(第七版)[4]和我國雙T板標(biāo)準(zhǔn)圖集[11]均提出了建議的端部連接方式。

我國雙T板用于屋面板的端部連接方式主要為國標(biāo)圖集[11]提出的全截面雙T板與支承構(gòu)件焊接連接、螺栓連接,以及企口變截面雙T板與帶挑耳倒T形、L形支承梁連接。除我國方式外,《PCI設(shè)計(jì)手冊》[4]、Poore等提出通過端部懸挑鋼件將雙T板與支承構(gòu)件連接成整體(圖5)[20]。對于雙T板的支承構(gòu)件,美式停車樓中多為預(yù)制梁或帶小“牛腿”的預(yù)制墻,我國則以各類梁為主。

a—端部構(gòu)造[20];b—與矩形梁連接節(jié)點(diǎn)實(shí)例。圖5 懸挑鋼件連接Fig.5 Overhang steel connection

文獻(xiàn)[21-24]分別通過試驗(yàn)研究了企口變截面雙T板的受力性能,揭示了企口的受力機(jī)理,給出了雙T板企口的設(shè)計(jì)建議,國內(nèi)企口雙T板的工程應(yīng)用可參考《PCI設(shè)計(jì)手冊》[4]的設(shè)計(jì)方法。筆者研究團(tuán)隊(duì)完成了雙T板端部預(yù)設(shè)懸挑鋼件連接方式的研究,并提出了具體的構(gòu)造措施和設(shè)計(jì)方法,可供工程應(yīng)用參考[25-26]。

隨著雙T板在多層裝配式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越多,有必要綜合考慮結(jié)構(gòu)受力及構(gòu)件制作、安裝要求等因素,提出各類新型端部連接方式,對于連接處的傳力路徑、承載力計(jì)算方法及往復(fù)荷載下的力學(xué)性能有待深入研究,為進(jìn)一步推廣雙T板的應(yīng)用提供可靠支撐。

2.2.3構(gòu)件抗火性能

抗火性能是雙T板應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一?；馂?zāi)作用下雙T板的溫度應(yīng)力分布與受力性能及火災(zāi)后雙T板性能評估鑒定方法需重點(diǎn)關(guān)注。

近些年國內(nèi)外學(xué)者對雙T板的抗火性能進(jìn)行系列研究,文獻(xiàn)[27-28]通過有限元方法對停車樓結(jié)構(gòu)中車輛火災(zāi)條件下雙T板的抗火性能進(jìn)行研究(圖6),研究結(jié)果表明：雙T板抗車輛火災(zāi)性能滿足要求,不建議使用普通建筑火災(zāi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評估車輛火災(zāi)條件下雙T板的抗火性能。文獻(xiàn)[29-31]分析多因素對雙T板抗火性能的影響,指出荷載量級、火災(zāi)情況、保護(hù)層厚度、邊界條件等對雙T板抗火性能影響較大;火災(zāi)中預(yù)應(yīng)力筋長時間持續(xù)高溫,冷卻階段溫度殘余變形和塑性變形顯著,破壞可能發(fā)生在此階段;Kodur等還提出了基于性能的雙T板抗火設(shè)計(jì)方法[29]。傅日榮等利用ABAQUS軟件對火災(zāi)條件下某廠房內(nèi)雙T板受力性能進(jìn)行分析,提出高溫下板支座處應(yīng)力較大、易脫落;預(yù)應(yīng)力筋受溫度影響敏感,較普通鋼筋力學(xué)性能退化快且高溫后恢復(fù)性差,混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)能滿足防火設(shè)計(jì)要求[32]。

圖6 抗火有限元分析[27]Fig.6 Finite element analysis of fire resistance

火災(zāi)后鑒定與加固措施對雙T板繼續(xù)安全使用具有一定價(jià)值。Engin等對停車樓結(jié)構(gòu)中兩塊受火災(zāi)影響雙T板進(jìn)行了鑒定評估(圖7),發(fā)現(xiàn)受損板混凝土強(qiáng)度和彈性模量下降明顯,并給出火災(zāi)后雙T板撓度的計(jì)算方法[33]。Matthew等提出了火災(zāi)后雙T板的非破損系統(tǒng)檢測方法,包括外觀檢測、沖擊回波法檢測等,可對災(zāi)后雙T板性能進(jìn)行有效評估[34]。Brad等提出了改進(jìn)的分層截面分析方法(MLSA)用于雙T板火災(zāi)后的性能評估,案例分析表明MLSA方法可用于火災(zāi)后板的承載力和適用性評估[35]。

圖7 現(xiàn)場載荷試驗(yàn)[33]Fig.7 Field load test

雙T板的抗火性能受火災(zāi)基本情況、保護(hù)層厚度、邊界條件等因素影響較大,對普通建筑火災(zāi)和車輛火災(zāi)應(yīng)區(qū)別分析;火災(zāi)后雙T板性能評估已有初步研究,但修復(fù)措施有待進(jìn)一步完善。

2.2.4結(jié)構(gòu)整體性能

雙T板樓蓋的主要功能是承擔(dān)豎向荷載,同時也要傳遞水平荷載(地震、風(fēng)荷載等)。

雙T板面板連接節(jié)點(diǎn)可起到傳遞水平荷載的作用,其對構(gòu)件間有效傳力及結(jié)構(gòu)整體性能影響較大。工程應(yīng)用過程中,雙T板板面連接分為干式連接、疊合連接和組合連接三種。干式連接為專用金屬連接件焊接,由雙T板面板和金屬連接件共同來抵抗樓蓋水平荷載(圖8),在美國主要用于低抗震設(shè)防烈度地區(qū);疊合連接由疊合層為主抵抗樓蓋水平荷載,連接件只是在安裝時起固定作用;組合連接是二者的結(jié)合,疊合層和連接件連接的雙T板共同提供水平“隔板”作用[36]。Fattah等通過試驗(yàn)研究不同荷載條件下雙T板面板采用JVI連接件(圖9)的樓蓋整體受力性能,驗(yàn)證了連接節(jié)點(diǎn)受力性能滿足設(shè)計(jì)要求;節(jié)點(diǎn)變形性能和鋼材材性關(guān)聯(lián)性較大;水平往復(fù)剪切試驗(yàn)中,因接頭表面混凝土破裂而發(fā)生破壞[37]。Clay等通過節(jié)點(diǎn)滯回試驗(yàn),研究了各類連接件在拉-剪循環(huán)荷載共同作用下的力學(xué)性能,提出了連接件的設(shè)計(jì)方法;抗拉設(shè)計(jì)按照等效桁架模型計(jì)算,抗剪設(shè)計(jì)可采用等效桁架模型或美國規(guī)范(ACI 318-05)所提的摩擦抗剪模型來分析[38-39]。

圖8 干式連接[36]Fig.8 Dry type connection

圖9 JVI連接件Fig.9 JVI connector

北嶺地震震害分析發(fā)現(xiàn),雙T板的面內(nèi)變形對停車樓結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)能力影響較大,面內(nèi)變形計(jì)算及水平荷載如何傳遞給豎向構(gòu)件、面板如何抵抗水平荷載是關(guān)鍵問題。Robert對預(yù)制混凝土停車樓結(jié)構(gòu)中樓板的抗震性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)雙T板彎曲變形對結(jié)構(gòu)側(cè)向位移影響較大,可通過減小樓板的長寬比、增加抗側(cè)構(gòu)件或減小雙T板的跨度來降低影響;當(dāng)鋼筋屈服后,樓板變形急劇增加;樓板變形影響結(jié)構(gòu)動態(tài)反應(yīng);水平荷載作用下,樓板面內(nèi)扭轉(zhuǎn)對受力性能影響較大;板的受力狀態(tài)和變形性能也受到節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的影響[40]。John等對采用雙T板結(jié)構(gòu)的整體抗震性能進(jìn)行了研究,提出了雙T板面內(nèi)承載力的拉壓桿計(jì)算模型[41]。Lee等對預(yù)制停車樓結(jié)構(gòu)中樓板的地震響應(yīng)進(jìn)行研究,研究結(jié)果表明板的峰值剪力和彎矩是靜力計(jì)算值的1～4倍;由于高階振型影響,低樓層的抗側(cè)需求較大;板面開洞、剪力墻布局對雙T板受力性能影響較大[42]。Marco等對地震中應(yīng)用雙T板的工業(yè)廠房破壞情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析,指出地震作用下雙T板與端承梁基于摩擦的連接節(jié)點(diǎn)(圖10)不足以抵抗地震荷載,致雙T板出現(xiàn)滑落,建議工業(yè)廠房要進(jìn)行抗震專項(xiàng)設(shè)計(jì)[43]。金仁超等利用ABAQUS有限元軟件對雙T板的屈曲特征進(jìn)行分析,得到雙T板在水平地震力作用下的極限荷載;水平地震力以集中荷載的形式作用在雙T板和下端梁的接觸處,研究結(jié)果表明雙T板基本滿足抗震設(shè)防要求[44]。

圖10 摩擦型節(jié)點(diǎn)Fig.10 Friction node

目前,應(yīng)用雙T板結(jié)構(gòu)的整體性能研究表明,合理的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可有效傳遞水平力、增加地震作用下結(jié)構(gòu)整體耗能效果,但對構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的抗震性能研究仍需不斷深入。

2.2.5橋梁結(jié)構(gòu)

雙T板可滿足大跨度的需求,在國外橋梁工程中廣泛作為橋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)用,多位學(xué)者也對橋梁工程應(yīng)用雙T板進(jìn)行了研究。

Rizkalla等對面板配置碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料網(wǎng)格筋代替鋼筋網(wǎng)片的橋面雙T板分別進(jìn)行了均布、集中荷載作用受力性能研究,結(jié)合工程應(yīng)用證明雙T板承載能力和變形能力均滿足要求[45]。Marc等對采用高強(qiáng)混凝土、鋼筋網(wǎng)片和直徑18 mm鋼絞線的雙T板進(jìn)行試驗(yàn)研究(圖11),表明[46]板受彎性能滿足《美國公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(AASHTO LRFD)[47]要求;試件跨高比可達(dá)33,經(jīng)濟(jì)效果顯著。Victor等對動載作用下服役48 a橋梁中雙T板性能進(jìn)行有限元建模分析,分析結(jié)果[48]表明AASHTO規(guī)范中公式相對安全,并通過線性擬合提出了可預(yù)測雙T內(nèi)力分布的精確分析模型。Christopher等對服役48 a的輕質(zhì)混凝土雙T板受力性能進(jìn)行試驗(yàn)研究和有限元分析,并與AASHTO規(guī)范計(jì)算值進(jìn)行對比,指出[49]AASHTO規(guī)范計(jì)算方法低估了17.6%的預(yù)應(yīng)力損失,高估了34%的受彎承載能力,誤差出現(xiàn)的原因?yàn)榘迕媪踊吐督?雙T板肋梁狀況良好,AASHTO規(guī)范受剪計(jì)算結(jié)果誤差在3%以內(nèi)。

圖11 彎曲試驗(yàn)[46]Fig.11 Bending test

參考雙T板截面形式,美國預(yù)制/預(yù)應(yīng)力東北技術(shù)委員會開發(fā)了一種名為NEXT(Northeast Extreme Tee)的雙T梁(圖12),主要用于短、中跨橋梁[50]。與常規(guī)雙T板相比,NEXT雙T梁肋更寬,適用于配置更多鋼絞線的重載、大跨度橋梁結(jié)構(gòu);相比于箱型梁,NEXT雙T梁生產(chǎn)工藝簡單、運(yùn)輸方便,可提高建造速度、降低工程成本,且更容易觀察梁底服役情況,可滿足不同條件的工程需求[51-52]。

圖12 NEXT雙T梁與雙T板[50]Fig.12 NEXT double tees beam and double tees

雙T板/梁不僅可以提高橋梁建造效率,相比于箱型梁更容易進(jìn)行檢測,且不會有積水的問題。國內(nèi)橋梁工程中鮮有雙T板應(yīng)用,可嘗試開發(fā)滿足橋梁工程需求的雙T板,以擴(kuò)大雙T板應(yīng)用范圍。

3 工程實(shí)踐

3.1 設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)

常規(guī)工程結(jié)構(gòu)應(yīng)用雙T板可根據(jù)實(shí)際的場地、跨度、荷載等條件,依據(jù)國家建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集18G432-1《預(yù)應(yīng)力混凝土雙T板》[11]選取構(gòu)件。特殊情況下,圖集中雙T板允許荷載、截面和應(yīng)用條件不能滿足需求時,可進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。下面以雙T平板為例介紹設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)：

1)基本參數(shù)。混凝土、預(yù)應(yīng)力筋等材料的等級與設(shè)計(jì)參數(shù),計(jì)算跨度、寬度及面積、慣性矩、重心等截面參數(shù)。

2)共用參數(shù)。板自重、預(yù)應(yīng)力損失值、預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力等參數(shù)。

3)配筋計(jì)算。正截面受彎承載力計(jì)算,初定縱向受力鋼筋數(shù)量與布置;驗(yàn)算最小配筋率,防止受彎開裂后突然脆斷;抗裂與撓度驗(yàn)算,核算配筋、張拉力與放張強(qiáng)度等;受剪承載力計(jì)算,確定箍筋間距與構(gòu)造;依據(jù)荷載和自重條件,通過面板承載計(jì)算確定板面配筋。

4)制作與施工驗(yàn)算。斷筋驗(yàn)算、吊裝驗(yàn)算、構(gòu)件端部承載力驗(yàn)算等,必要時調(diào)整配筋、張拉力與放張強(qiáng)度等。

5)連接驗(yàn)算。豎向荷載、風(fēng)荷載與水平地震作用下預(yù)埋件錨固、焊接及螺栓連接的驗(yàn)算。

綜合以上要點(diǎn),通過多次試算與迭代,最終確定雙T板截面參數(shù)、預(yù)應(yīng)力配筋數(shù)量、張拉系數(shù)、放張混凝土強(qiáng)度、構(gòu)造配筋數(shù)量與位置、預(yù)埋件配筋數(shù)量等關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)。對于考慮后澆混凝土疊合層受力的雙T板,計(jì)算尚應(yīng)考慮施工階段無支撐的二次受力對于承載力計(jì)算、抗裂與撓度驗(yàn)算的影響。

3.2 工程應(yīng)用簡介

雙T板廣泛應(yīng)用于國外的各類工程中,包括停車樓、工業(yè)廠房、橋梁等,其中美國全預(yù)制混凝土停車樓中雙T板是最主要的水平構(gòu)件。2014年建造的美國馬薩諸塞州懷曼街停車樓共6層(圖13),建筑面積約30 100 m2,共使用1 014個預(yù)制構(gòu)件,包括351個雙T板作為樓面板和停車屋面板;雙T板端部采用企口構(gòu)造形式以降低樓層高度;工程施工共耗時約6個月,工期效益顯著[53]。2019年建造的北卡羅萊納州聯(lián)想停車樓共5層(圖14),建筑面積約13 709 m2,共使用217個雙T板;雙T板端部為企口,支承梁為倒T形[54]。2015年建成的佛羅里達(dá)州西棕櫚灘高架人行橋(圖15),使用75個預(yù)制混凝土構(gòu)件,其中25個2.1 m寬雙T板構(gòu)件作為橋面,雙T板為全截面,支承梁為倒T形[55]。

圖13 馬薩諸塞州懷曼街停車樓[53]Fig.13 Parking garage on Wyman Street,Massachusetts

圖14 北卡羅萊納州聯(lián)想停車樓[54]Fig.14 Lenovo parking deck,North Carolina

圖15 佛羅里達(dá)州西棕櫚灘高架人行橋[55]Fig.15 Sky bridge in West Palm Beach,Florida

我國雙T板早期主要用于單層工業(yè)建筑的屋面板(圖16),近年來隨著裝配式建筑發(fā)展與技術(shù)革新,陸續(xù)應(yīng)用到大跨多層停車樓、辦公樓等公共建筑中。長春一汽技術(shù)中心乘用車項(xiàng)目停車樓為國內(nèi)首例全裝配多層停車樓工程(圖17),該工程為地上7層的雙T板-剪力墻結(jié)構(gòu),樓面雙T板最大跨度17.25 m、高度700 mm;板端部為企口截面,與剪力墻預(yù)留牛腿或倒T形梁連接[56]。上海顓橋萬達(dá)廣場工程為裝配整體式框架結(jié)構(gòu)(圖18),總建筑面積約15萬m2,是國內(nèi)首次在多層商業(yè)建筑中應(yīng)用雙T板作為樓面;雙T疊合板軸線跨度8.1 m,板寬2.7 m,疊合層厚度60 mm,地上部分預(yù)制加現(xiàn)澆施工僅用了72 d;經(jīng)對雙T疊合板和鋼筋桁架疊合板加次梁的兩種方案對比表明,雙T板方案可降低造價(jià)約15%,且構(gòu)件總數(shù)大幅降低,施工效率顯著提高[57]。深圳市特區(qū)建工科工集團(tuán)盛騰科技有限公司工業(yè)園廠房為國內(nèi)首個PC工廠自產(chǎn)自建的全裝配單層工業(yè)建筑(圖19),工程屋面板、外墻板均采用雙T平板,支承梁為倒T形;屋面雙T板寬3 m、長27 m,每天吊裝15塊板,工期效益顯著。

圖16 國內(nèi)某單層工業(yè)廠房[2]Fig.16 A single-storey industrial premises in China

圖17 長春一汽停車樓項(xiàng)目[56]Fig.17 FAW parking deck project in Changchun

圖18 上海顓橋萬達(dá)廣場雙T板[57]Fig.18 Double tees of Zhuanqiao Wanda Plaza in Shanghai

圖19 盛騰科技工業(yè)廠房Fig.19 Industrial park of Shengteng science and technology

3.3 工程發(fā)展

雙T板施工階段免支撐,可顯著提高效率、縮短工期。雙T板可廣泛應(yīng)用在各類廠房、倉儲、停車、辦公等建筑中,且在大跨、重載建筑中具有更顯著的效益。在我國工業(yè)布局調(diào)整與裝配式建筑發(fā)展的大形勢下,雙T板在各類建筑中擁有更廣闊的應(yīng)用前景。

因各地更加重視土地的高效利用,我國近期及未來將建設(shè)更多的樓面活荷載在1～3 kN/m2的多層倉儲、物流建筑及標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)廠房,而國外此類建筑多為單層建筑,雙T板在如此大跨超重載樓面中的應(yīng)用為中國特有場景,仍需通過研究解決工程設(shè)計(jì)的諸多問題。

隨著我國汽車保有量不斷增大,停車需求日趨增長,采用雙T板作為水平構(gòu)件的多層裝配停車樓具有廣闊的發(fā)展前景,可在借鑒美國經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建造符合我國特色的結(jié)構(gòu)體系,同時也可在地下停車庫中嘗試應(yīng)用雙T板。

4 結(jié)論與展望

雙T板作為最常用的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,在世界各國作為單層工業(yè)建筑的屋面板與外墻板、多層工業(yè)與民用建筑的樓面板、橋梁結(jié)構(gòu)面板等廣泛應(yīng)用,其中在大跨重載裝配樓面、全裝配停車樓具有更好的應(yīng)用效益。

國內(nèi)外已在雙T板受力性能、端部連接、構(gòu)件抗火、結(jié)構(gòu)整體等方面進(jìn)行了較多研究,并已形成基本成熟的設(shè)計(jì)方法,可為雙T板作為普通屋面板、樓面板、外墻板工程應(yīng)用提供基本依據(jù)。

隨著我國裝配式建筑的發(fā)展及受勞動力成本上升等客觀因素的影響,雙T板在我國具有廣闊的應(yīng)用前景?？紤]到我國特有的大跨超重載多層樓面及其他工程需求,建議下一步雙T板研究與應(yīng)用重點(diǎn)關(guān)注以下方面：

1)高性能材料。高性能混凝土和大直徑鋼絞線的應(yīng)用,可提高雙T板的受力性能、耐久性等,并減輕構(gòu)件自重以適應(yīng)更大結(jié)構(gòu)跨度、樓面荷載。

2)優(yōu)化截面形式。雙T板面板寬度越大,結(jié)構(gòu)中構(gòu)件與連接接頭數(shù)量越少,可降低生產(chǎn)成本和安裝工作量;增加雙T板跨度,可適應(yīng)不同的應(yīng)用場景;高度可變、肋梁開洞等新型截面形式,可擴(kuò)展應(yīng)用場景;進(jìn)一步優(yōu)化雙T板截面形式以適應(yīng)更先進(jìn)、高效的生產(chǎn)方式,最終提高綜合效益。

3)連接構(gòu)造。改進(jìn)端部連接和板面連接方式,以提高結(jié)構(gòu)整體性及抗震、抗火性能,提升構(gòu)件加工與安裝效率;開發(fā)滿足不同連接需求的專用連接件;對于重載樓面,提出可靠的板面防裂或裂縫引導(dǎo)措施。

4)專用裝備。改進(jìn)生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝及外墻板臨時支撐裝備(設(shè)備),研發(fā)新的牽引、運(yùn)輸方式,以適應(yīng)更大寬度、跨度雙T板的運(yùn)輸和吊裝。

5)鑒定與加固。對服役期滿或受損雙T板是否繼續(xù)使用的評估和鑒定方法,雙T板加固改造措施,均需進(jìn)一步研究,對節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境意義重大。