預應力V形折板的發展與應用

郭寧軍　薛宇迪　李亮　顧國園

摘要：隨著國務院大力發展裝配式建筑，傳統V形折板有了新發展機遇。V形折板自70年代發展至今，逐漸成熟，應用范圍也不斷擴大。本文主要結合預應力V形折板的發展過程，闡述了預應力V形折板從制作到施工的具體做法以及注意事項，總結成功經驗和失敗教訓，并對此類結構在設計中應該注意的問題進行了討論。

關鍵詞：預應力V形折板；優越性；施工工藝；防水保溫；設計

1.前言

上世紀70年代以來，預應力V形折板（以下簡稱折板）在我國取得了較大的發展。折板首先應用于鐵路系統，我國第一個折板誕生于北京鐵路局昌平構件廠。此后，鄭州鐵路局勘察設計所設計了懸臂6m的折板挑檐結構（如圖1所示）。上世紀70年代末，折板結構首次應用到大跨度建筑，在北京進行了27m跨度的折板實驗，實驗結果滿足設計要求。折板因其優越性被廣泛應用于眾多的影劇院、展覽館、倉庫、工業廠房等。除了屋蓋之外，折板還在其他工程結構中得到廣泛應用，比如折板基礎、折板擋土墻、折板水池等。

2.折板的優點

折板符合安全可靠、經濟合理、技術先進和施工方便的要求，是一種適合我國國情的建筑構件。折板是平面生產的空間結構，它在使用過程中是空間結構，在制作過程中是平面結構，這就是大大簡化了制作工藝。

折板的優點主要體現在以下幾個方面：1）生產制作簡單折板一般在長線法臺座上重疊生產。臺座分為墩式和支撐式兩種，支撐式臺座可以拆裝（如圖2，3所示），方便大跨度折板就地制作。并且折板的制作不需要胎膜，臺座可以利用混凝土地坪制作，簡單易建；2）抗震性能好

1976年發生唐山地震時，距離唐山25公里處的兩棟折板建筑下部結構損壞嚴重，但是整個屋蓋基本完好，充分體現了折板的抗震能力；3）材料來源容易混凝土一般為300號～400號，鋼筋類型少，并且多為小直徑鋼筋，施工中容易配套；4）預應力張拉容易，所需的張拉設備簡單；5）.吊裝快，吊裝過程中不需要復雜的支撐系統，只需要簡單的臨時固定系桿。

3.折板的施工工藝

折板在實際施工中主要涉及制作、運輸、吊裝灌縫等過程。

3.1折板制作

根據折板的特點，生產時采用長線法重疊生產。生產時先由木工支模，然后涂刷隔離層，待隔離劑稍干之后進行預應力布絲作業，之后進行張拉根據設計要求，在預應力布絲之前或張拉之后鋪點焊鋼筋網片，待全部預應力鋼絲張拉完成后將鋼筋網片和預應力鋼絲綁扎。

折板生產制作過程中，還有以下幾點注意事項：1）隔離劑要涂刷均勻，不要漏涂，不然又可能造成折板與下層板粘結以致于起吊困難；2）鋪設鋼絲應在隔離劑干燥后進行，避免鋼絲上粘上隔離劑影響錨固效果；3）生產過程中必須注意的是鋼絲的預應力張拉值達到設計要求，混凝土等級、密實度和水灰比要嚴格控制；4）切斷預應力鋼絲時應先從張拉臺中部切斷，然后自折板橫斷面的兩側對稱向中間將預應力鋼絲間隔切斷，這樣可以防止預拉力使折板在臺座上向側向扭動或突然放松預應力造成板斷縱向裂紋。

3.2折板運輸

大跨度折板的運輸是比較困難的問題，目前一般采用載重汽車運輸，裝車時不得用木楔等物打緊，因為它容易脫落。根據經驗，一般運輸時采用“A”形支架（如圖4所示）。

3.3吊裝灌縫

為了省去施工現場的二次堆放，折板一般由運輸車直接向廠房上吊裝，吊具如圖5所示。這種吊具能夠使得吊裝過程中各個吊點受力均勻并且就位比較方便。吊裝就位之后就是灌縫，灌縫是折板施工中較為重要的環節，是使得折板形成一個整體，共同進行工作的關鍵程序。灌縫應盡量做到上邊緣成一條縫，不得出現兩頭寬中間窄的情況。目前一般采用吊掛模板的方法進行灌縫施工，灌縫之前可以刷一道水泥漿以加強新老混凝土的結合。

4.設計時應注意的問題

4.1截面形狀對承載力的影響

目前，國內的大跨度折板結構中一般使用A形（圖6a）、V形（圖6b）、W形（圖6c）、Y形（圖6d）以及T形（圖6e）較多。

A形、W形以及T形截面的受壓區具有較大的側向剛度，在折板制作、吊裝等構件獨立工作階段不會出現局部側彎失穩的問題，因此其承載力會優于V形和Y形截面。

V形和Y形折板的接合部位于波峰處，優點是防水處理簡單便捷，且不容易滲漏。但是在工作時，上部受壓區沒有側向支撐，側向剛度較差，使得其承載力較差。

4.2折板的整體扭轉失穩

對于大跨度的折板結構來說，其理論基礎應該是薄壁結構理論。實踐證明，在局部失穩得到保證的情況下，折板結構的破壞大多為整體失穩破壞。

因此在進行大跨度預應力V形折板的結構設計時，除了按照現行的規范所規定的對正截面設計值、斜截面設計值進行計算外，還應該對構件單獨工作時的整體失穩臨界力進行計算，避免發生扭轉失穩破壞。

折板的縱向裂縫主要來自于截面的相對扭轉變形。折板截面的相對扭轉變形，將引起桿件截面下部向翼板產生對稱的橫向彎曲變形，由于兩側翼板通常較薄，從而引起側向開裂，形成縱向裂縫。縱向裂縫會削弱折板截面的剛度，導致承載力降低。

4.3翼板寬厚比對承載力的影響

發展初期，折板僅僅應用在中小跨度的建筑中，但經過多年的發展，目前折板已經廣泛應用于24米及以上的大跨度結構中。隨著跨度的不斷發展，折板翼板的寬厚比已經接近《V形折板屋蓋設計與施工規程》（JGJ/T21-93）所規定的b/t≦40的限值。

側向翼板對折板的穩定起到橫向支撐作用，側向翼板如果沒有足夠的平面外抗彎剛度，就不能有效提供支撐作用，從而導致折板上部受壓喪失穩定。因此在設計時考慮折板翼板寬厚比是保證折板結構整體穩定的重要條件。

4.4屋面防水

折板的屋面防水主要采用涂料防水和構件防水，一般工程上宜首先考慮涂料防水以便于保護板面，提高板面的抗滲能力。構件防水也在一些工程上得到了應用并且取得了較好的效果。也有工程在防水上將構件防水和涂料防水有效結合，在工程開始的一兩年里使用構件防水，隨后再涂刷防水涂料。

4.5屋面保溫隔熱

一種方法是在制作折板時將保溫材料作底模與V性形折板粘貼在一起。另一種方法是在V形折板下做吊頂，在吊頂之上鋪放松散材料。也有在V形折板上平鋪混凝土薄板，在薄板和折板之間形成空氣夾層，利用空氣夾層的隔熱作用起到保溫的作用。在南方多雨地區的個別工程上，普遍在V形折板上蓄水，起到隔熱作用。

5.結語

目前我國建筑行業正向著綠色建筑和建筑產業現代化發展轉型，政府大力發展裝配式建筑。國務院在《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中也提出力爭用10年左右時間使裝配式建筑占新建建筑的比例達30%。預應力V形折板自從上世紀70年代取得發展以來至今已經有40余年的時間。這段時間里折板結構已經形成了成熟的設計、施工和維護體系，被廣泛用于眾多的影劇院、展覽館等現代化建筑中。其在大跨度建筑上體現出來的預制化、裝配化、省材和建設周期短等特點充分滿足當前國家對于建設行業的要求，相信預應力V形折板必將迎來新的春天。但是施工中大跨度折板結構體系垮塌的事故還是會有發生，并且隨著社會的進步，隨著大家對建筑要求的提高，這些對折板的設計和施工提出了更高的要求。