適用裝配式住宅的無支撐疊合樓板研究

文/吳燦陽、孫宇波、楊光芒、劉世輝 中建科技湖南有限公司 湖南長沙 410000

近年來，國家大力推動裝配式建筑大力發展，許多企業和機構也對裝配式建筑做了大量研究性工作，取得了不錯的效果。但較現澆結構而言，在當前的管理理念、經營模式而言，目前的裝配式建筑的 成本控制還有大量空間。目前裝配式建筑主要集中在地產板塊，據文獻[1]描述，裝配式剪力墻住宅結構土建工程費用每平米較現澆結構增加近750元，高出現澆結構12.26個百分點，其主要體現在構件制作、運輸、吊裝以及支撐等費用的增加。尤其值得注意的是，對于支撐而言，由于目前的設計思路還是由傳統設計改為裝配式設計、現場支撐方案設計等等因素導致裝配式建筑的支撐相對于現澆結構而言并沒有明顯的減少。

從經濟性的角度出發，改進的思路可以分兩種，一種思路是保留原來支撐的情況下，盡量去除桁架鋼筋的存在，我們可以稱之為“節約型”；另一種思路是盡量發揮桁架鋼筋的作用，做到減少，甚至去除支撐，我們稱之為“投資型”。

1、無支撐疊合樓板

疊合樓板由預制混凝土層、鋼筋桁架、底板鋼筋構成。目前對于桁架鋼筋的認識僅限于加強疊合樓板整體剛度（吊裝時減少開裂的現象）、加強疊合面的抗剪能力。規范對于桁架鋼筋的間距要求也僅為距邊小于300、桁架鋼筋間距不大于600。疊合樓板施工時按“一次疊合受力結構” 考慮，預制疊合樓板吊裝到位后，在其下設置支撐結構，預制樓板部分僅考慮模板作用，偏于保守。

目前住宅項目戶型設計，考慮臥室、客廳需求的統一，一般而言，其開間都在4500mm以下。這為無支撐疊合樓板的實現提供了建筑上的可能性。

無支撐疊合樓板，考慮將預制部分作為后澆混凝土的模板和支撐，承受施工期的荷載，其主要包括預制樓板自重、疊合層的自重以及本階段的施工荷載。待后澆混凝土達到設計強度，疊合構件按整體結構計算，承受施工階段和使用階段的最大荷載。整個構件受力是兩個階段，故稱為“二階段受力疊合結構”。

2、預制疊合樓板中性軸

假定構件符合平截面假定，假定構件受壓混凝土、受壓鋼筋、受拉鋼筋處于彈性狀態，不考慮混凝土的受拉作用。

2.1 中性軸在預制板上

由于不考慮混凝土的受拉作用，則由受拉鋼筋和受壓鋼筋對中性軸面積矩相等的條件可得：

2.2 中性軸在預制樓板下

不考慮混凝土的受拉作用，考慮混凝土受壓作用，則由受拉鋼筋、受壓鋼筋、受壓混凝土對中性軸面積矩相等的條件可得：

3、預制疊合樓板短期剛度計算

考慮縱向鋼筋、混凝土預制層對截面剛度的作用，假定構件符合平截面假定，假定構件受壓混凝土、受壓鋼筋、受拉鋼筋處于彈性狀態，不考慮混凝土的受拉作用。由以上假定，分別對受壓鋼筋處和受拉鋼筋處求矩[2]，可以得到下式：

4、疊合前預制疊合板彎矩計算

根據《混凝土結構設計規范》[3]附錄H，后澆的疊合層未達到強度設計值之前，荷載由預制構件承擔，預制構件按簡支構件計算；荷載包括預制構件自重、預制樓板自重、疊合層自重以及本階段的施工荷載。

根據《混凝土結構設計規范》7.2.1條，混凝土構件撓度計算按準永久組合取值，準永久值系數取為0.4。

5、算例

4500mm跨度，以中建玥熙臺項目5、6、8、9棟為例，傳統設計板厚為130mm，板底筋為8@100.按傳統的建筑工業化來拆分設計，預制層60、現澆層70（6+7），桁架鋼筋高度70mm,如下圖所示：

現將桁架鋼筋高度加高至120mm，預制層120mm、現澆層40（12+4），上弦桿鋼筋為12mm，下弦桿鋼筋為10mm，腹桿鋼筋為6mm,桁架鋼筋間距為200mm，如下圖

中性軸計算：假定中性軸在預制樓板內

將具體數據帶入公式中得到：

彎矩計算：

撓度計算

結語：

本文從適用裝配式住宅的建筑條件下出發，從幾何關系、物理關系分析了桁架疊合樓板的短期剛度，并通過算例計算了典型跨度的疊合樓板在第一階段受力狀態下的撓度，為實現無支撐疊合樓板提供了計算方法和資料。