新型預(yù)應(yīng)力鋼纖維密肋復(fù)合樓蓋的特點(diǎn)及應(yīng)用

肖光發(fā)

(中鐵一局電務(wù)工程有限公司，陜西西安 710054)

0 引言

新型復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)是隨著我國(guó)墻體及住宅體系改革而發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)形式，具有抗震性能好，節(jié)能效果好，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，目前已得到國(guó)家建設(shè)部鑒定并成為重點(diǎn)推廣的新型結(jié)構(gòu)體系之一。但是目前新型復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于小跨度結(jié)構(gòu)，而且樓板主要采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土平板結(jié)構(gòu)，在受力、保溫隔熱及抗震性能方面存在著一定的缺陷，這也成為阻礙該新型復(fù)合墻板結(jié)構(gòu)進(jìn)一步應(yīng)用與發(fā)展的重要因素。

本文首先對(duì)大跨結(jié)構(gòu)中常用的預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋存在的問題進(jìn)行了敘述，然后根據(jù)存在的問題提出了一種新型的密肋復(fù)合樓蓋，并對(duì)其組成、特點(diǎn)等進(jìn)行介紹，為該結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用和推廣打下基礎(chǔ)。

1 預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

1.1 模板費(fèi)用高

最初密肋樓蓋模板主要采用鋼模板、木模板、鋼筋混凝土模板以及玻璃模板，但是由于模板價(jià)格高導(dǎo)致模板系統(tǒng)的一次性投入很大，而且模板與混凝土較易粘結(jié)，施工比較困難。20世紀(jì)70年代塑料模殼的出現(xiàn)促進(jìn)了密肋樓蓋結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用，目前應(yīng)用較多的是玻璃鋼模板和聚丙烯塑料模板，但是仍然存在模板系統(tǒng)投入較大的問題，并且模板規(guī)格較少，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)時(shí)肋間距、肋高及肋寬等都受到了一定的制約，結(jié)構(gòu)布置不靈活，從而使得設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)積極性不高，制約了此類結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和推廣。

1.2 支撐復(fù)雜

密肋樓蓋由于肋梁數(shù)量大、間距小，所以施工程序復(fù)雜，支模拆模的工作量非常大，不但增大了施工階段的人力物力支出，而且延長(zhǎng)了工期，這也限制了施工單位推廣和使用密肋樓蓋結(jié)構(gòu)的積極性。

1.3 結(jié)構(gòu)延性降低

采用預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋，能夠減小結(jié)構(gòu)的撓度，限制裂縫的出現(xiàn)和延展，提高結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)性能。此外，采用預(yù)應(yīng)力可減小肋梁及樓板的截面高度，這不但降低結(jié)構(gòu)的層高及總高，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，而且能明顯提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土密肋樓蓋，為減小預(yù)應(yīng)力損失，需要混凝土具有高強(qiáng)高彈性模量及快硬早強(qiáng)等特點(diǎn)，但高強(qiáng)混凝土材料與普通混凝土相比更脆、延性更差[1，2]。此外，采用預(yù)應(yīng)力限制了結(jié)構(gòu)截面的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，從而使結(jié)構(gòu)的彎曲延性降低。因此，預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋的延性較低、結(jié)構(gòu)耗能能力變差。為保證結(jié)構(gòu)的延性性能，很多國(guó)家規(guī)范一般通過采取控制結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力度的措施，這雖然對(duì)保證結(jié)構(gòu)延性起到了一定積極的作用，但也限制了預(yù)應(yīng)力作用的充分發(fā)揮。

1.4 節(jié)能效果差

樓蓋是結(jié)構(gòu)重要的圍護(hù)構(gòu)件，與非預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋相比，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土密肋樓蓋截面更小、樓板更薄，從而降低了建筑物的保溫隔熱性能，這個(gè)問題在我國(guó)北方廣大地區(qū)尤其突出，這不符合我國(guó)提出大力加強(qiáng)建筑節(jié)能的要求。

1.5 計(jì)算成本高

密肋樓蓋尤其是工程中應(yīng)用廣泛的多跨連續(xù)鋼筋混凝土密肋樓高，超靜定次數(shù)高，計(jì)算公式及過程比較復(fù)雜，計(jì)算比較復(fù)雜。采用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算時(shí)，與普通平板樓蓋相比，建模工作量大，計(jì)算成本相對(duì)較高。

因此，預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋主要存在模板及支撐系統(tǒng)復(fù)雜，施工及設(shè)計(jì)成本高，延性較低，預(yù)應(yīng)力利用不充分，節(jié)能效果差等缺點(diǎn)，針對(duì)以上問題本文將鋼纖維與高強(qiáng)混凝土進(jìn)行材料的復(fù)合、密肋樓蓋與輕質(zhì)填充砌塊及預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的復(fù)合，將材料、工藝與結(jié)構(gòu)形式有機(jī)的結(jié)合在一起，提出了一種新型的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋結(jié)構(gòu)。

2 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋結(jié)構(gòu)形式

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋的復(fù)合主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面將鋼纖維摻加到高強(qiáng)混凝土中組成高強(qiáng)鋼纖維混凝土，是材料的復(fù)合;另一方面，將普通密肋樓蓋結(jié)構(gòu)與輕質(zhì)填充砌塊及預(yù)應(yīng)力技術(shù)相結(jié)合，是結(jié)構(gòu)形式上的復(fù)合。該復(fù)合樓蓋主要由高強(qiáng)鋼纖維混凝土肋梁與板、輕質(zhì)填充砌塊及預(yù)應(yīng)力鋼筋組成，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

在高強(qiáng)混凝土材料中添加鋼纖維，主要有以下幾個(gè)方面的作用[3-6]:

1)添加鋼纖維能夠明顯提高混凝土的抗拉、抗彎及抗剪強(qiáng)度，但對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度提高幅度不大;

2)添加鋼纖維能夠明顯提高結(jié)構(gòu)的變形性能、延性、塑性及韌性性能，改善預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)延性的降低;

3)由于鋼纖維和混凝土間的粘結(jié)力可以吸收能量，所以鋼纖維混凝土的比剛度、比強(qiáng)度以及自振頻率增大，從而提高了樓蓋的抗震性能和耗能能力;

4)添加鋼纖維可以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性，延緩裂縫的出現(xiàn)和開展。因此，利用鋼纖維對(duì)混凝土的增強(qiáng)增韌及阻裂作用，可解決預(yù)應(yīng)力混凝土密肋樓蓋延性差、預(yù)應(yīng)力利用不充分等缺陷。

在肋間填充輕質(zhì)砌塊，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式的復(fù)合，可解決樓蓋模板與支模拆模復(fù)雜等缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)中樓板及其肋梁是結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件，特別是肋梁要承受彎矩、剪力甚至扭矩的作用，受力情況比較復(fù)雜，因此采用高強(qiáng)鋼纖維混凝土。輕質(zhì)填充砌塊采用摻加泡沫塑料的輕質(zhì)混凝土砌塊，該輕質(zhì)砌塊抗拉強(qiáng)度不高但是具有一定的抗壓強(qiáng)度，保證其不會(huì)在施工階段由于人員在上面走動(dòng)導(dǎo)致破壞。

3 預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋的特點(diǎn)

該樓蓋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了材料的復(fù)合和結(jié)構(gòu)形式的雙重復(fù)合，解決了普通預(yù)應(yīng)力密肋樓蓋在延性、施工復(fù)雜、預(yù)應(yīng)力利用不充分等方面的不足，具有以下特點(diǎn):

1)利用鋼纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)增韌作用提高密肋樓板的承載力、延性及耗能性能，從而可以提高結(jié)構(gòu)的整體受力性能。

2)輕質(zhì)砌塊在施工的時(shí)候可以作為肋梁的側(cè)模，利用普通的模板就可以施工，這樣施工單位不需要重新購置模板，減小了在模板上的一次性投入，提高了模板的利用率。此外，由于該新型樓蓋在形式上與普通平板樓蓋相同，減少了施工過程中復(fù)雜的支模與拆模的工作量，節(jié)省了人力物力，加快了施工進(jìn)度。但是，輕質(zhì)填充砌塊位于受拉區(qū)，所以可以將砌塊的側(cè)面做毛或者做成鋸齒形以提高填充砌塊與肋梁以及樓板間的粘結(jié)強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的整體性能。

3)本結(jié)構(gòu)采用在混凝土中添加泡沫塑料形成的輕質(zhì)砌塊，泡沫塑料的使用減少了其對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)泡沫塑料也減輕了砌塊的重量并提高了其保溫隔熱性能，這正好能夠彌補(bǔ)密肋樓蓋由于截面尺寸變小樓板變薄導(dǎo)致的保溫隔熱性能差的缺陷，起到了廢物利用和建筑節(jié)能的雙重作用。

4)由于使用了高強(qiáng)混凝土和預(yù)應(yīng)力技術(shù)，樓板的截面尺寸變小從而導(dǎo)致樓板平面內(nèi)的剛度變小，而在肋梁間填充砌塊可以提高樓板平面內(nèi)的剛度，保證地震作用下荷載的順利傳遞，從而提高建筑物的整體性能。

5)由于與普通混凝土相比鋼纖維混凝土的延性和抗裂強(qiáng)度明顯提高，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以適度的提高結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力度，在保證結(jié)構(gòu)延性的基礎(chǔ)上，更好的發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的作用，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

6)添加鋼纖維明顯提高了混凝土的抗裂性能，因此預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋具有自防水的功能，就避免了在屋頂上單獨(dú)設(shè)置防水層，這可降低結(jié)構(gòu)因設(shè)置防水層產(chǎn)生的重量，能減少防水材料、施工及后期維修方面的費(fèi)用，提高了結(jié)構(gòu)的綜合效益。

雖然添加鋼纖維增加了在鋼纖維材料以及施工機(jī)械方面的支出，但節(jié)約了在模板購買、支模拆模施工、防水層材料及施工等方面的費(fèi)用，并且提高了結(jié)構(gòu)的整體性、延性及抗震性等性能，因此從建筑物的建造和整個(gè)使用周期綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，具有良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用空間。

4 結(jié)語

1)本文根據(jù)實(shí)際工程中存在的問題將預(yù)應(yīng)力技術(shù)、密肋樓蓋結(jié)構(gòu)形式、鋼纖維材料、輕質(zhì)填充砌塊等有機(jī)的結(jié)合，從材料和結(jié)構(gòu)形式兩個(gè)方面進(jìn)行了復(fù)合，提出了一種新型的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)鋼纖維混凝土密肋復(fù)合樓蓋。2)該樓蓋集良好的受力性能、延性性能、保溫隔熱及自防水、抗震性能等于一身，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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