裝配整體式建筑樓板選型的對(duì)比分析

高續(xù)成

上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢有限公司 上海 200041

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要和國(guó)家政策的引導(dǎo)，我國(guó)的建筑業(yè)呈現(xiàn)出工業(yè)化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，即通過現(xiàn)代化的制造、運(yùn)輸、安裝和科學(xué)管理的生產(chǎn)方式，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑業(yè)中分散、低水平、低效率的手工業(yè)生產(chǎn)方式。將建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化和組織管理科學(xué)化，最終將預(yù)制混凝土構(gòu)件或部件通過鋼筋、連接件或施加預(yù)應(yīng)力加以連接并現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土而形成整體結(jié)構(gòu)，即為裝配整體式結(jié)構(gòu)。它結(jié)合了現(xiàn)澆整體式和預(yù)制裝配式兩者的優(yōu)點(diǎn)，既節(jié)省模板，降低工程費(fèi)用，又可以提高工程的整體性和抗震性，在現(xiàn)代房屋建筑結(jié)構(gòu)中得到越來越多的應(yīng)用[1-4]。

JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)是由預(yù)制混凝土構(gòu)件通過可靠的方式進(jìn)行連接并與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土、水泥基灌漿料形成整體的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱裝配整體式結(jié)構(gòu)。裝配整體式結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)及接縫處的縱向鋼筋連接宜根據(jù)接頭受力、施工工藝等要求選用機(jī)械連接、套筒灌漿連接、漿錨搭接連接、焊接連接、綁扎搭接連接等連接方式。裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋，疊合板可根據(jù)預(yù)制板接縫構(gòu)造、支座構(gòu)造、長(zhǎng)寬比按單向板或雙向板設(shè)計(jì)。預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土在保證對(duì)節(jié)點(diǎn)和結(jié)合面采取可靠和有效的措施后，可以認(rèn)為預(yù)制混凝土構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)后澆混凝土能夠協(xié)調(diào)變形和受力，達(dá)到整體澆筑混凝土的效果。在保證以上措施的前提下，裝配整體式結(jié)構(gòu)可采用與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相同的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。裝配整體式建筑的結(jié)構(gòu)類型在JGJ 1—2014中有明確規(guī)定，可以分為以下幾類：裝配整體式框架結(jié)構(gòu)、裝配整體式框架-現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)、裝配整體式部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)類型與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)類型基本相同。裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋，目前，市場(chǎng)可提供的疊合板的類型大致有以下幾種類型：桁架鋼筋疊合板、雙T板疊合板、預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板（SP板）。

1 工程概述

上海市浦東新區(qū)某產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目共由17個(gè)單體構(gòu)成：11棟單層廠房、3棟多層廠房、1棟綜合樓、1棟污水處理及變配電房和1棟配套用房及垃圾房。根據(jù)相關(guān)約定，該項(xiàng)目所有單體均要求為裝配式，建筑單體預(yù)制率不低于40%或裝配率不低于60%。其中1#、2#、3#廠房為3個(gè)相同的單體，每個(gè)單體地上3層，無地下室，外輪廓尺寸均為101.2 m（長(zhǎng)）×58 m（寬）×19 m（高），3棟廠房總建筑面積為56 383 m2，標(biāo)準(zhǔn)柱跨為9 m×9 m，建筑平面較為規(guī)整，針對(duì)上述特點(diǎn)擬采用裝配整體式框架結(jié)構(gòu)。首層層高較高，結(jié)合JGJ 1—2014第6.1.8條第3款要求，框架柱全部采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，2層、3層除樓梯間四周框架柱外均采用預(yù)制混凝土框架柱，豎向鋼筋采用套筒灌漿連接；2層及以上樓層的梁，均采用預(yù)制疊合梁（弧形梁、樓梯四周除外），梁、柱節(jié)點(diǎn)為現(xiàn)澆混凝土；所有樓梯踏步段均采用工廠預(yù)制的方式；3棟廠房地上結(jié)構(gòu)布置相同，故模板重復(fù)利用率較高，構(gòu)件均采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，可靠性高，符合工業(yè)化生產(chǎn)要求；由于業(yè)主對(duì)多層廠房樓面使用荷載提出的要求較高（10 kN/m2），經(jīng)整體建模計(jì)算對(duì)比分析各樓板方案，本案例中，由樓板選型不同導(dǎo)致的主框架柱、框架梁、基礎(chǔ)的截面及配筋變化均較小，對(duì)整體造價(jià)可忽略不計(jì)。故疊合樓板的選型對(duì)建筑的安全性、合理性、經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的作用，如果疊合樓板選型不合理將會(huì)增加建設(shè)成本。

2 樓板設(shè)計(jì)對(duì)比分析

2.1 樓板方案選型

根據(jù)JGJ 1—2014第6.6.2條規(guī)定：板跨大于3 m時(shí)宜采用桁架鋼筋混凝土疊合板；跨度大于6 m時(shí)宜采用預(yù)應(yīng)力疊合板；板厚度大于180 mm時(shí)宜采用混凝土空心板。通過考察，目前市場(chǎng)上常用的疊合樓板形式有：桁架鋼筋疊合板、雙T板疊合板、預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板（SP板）。以下取該項(xiàng)目中典型柱距9 m×9 m范圍樓板進(jìn)行比較，分析各板型的特點(diǎn)和合理性及經(jīng)濟(jì)性。

2.1.1 ?桁架鋼筋疊合板方案

桁架鋼筋疊合板采用在疊合板中的預(yù)制部分加鋼筋桁架的方法來提高預(yù)制部分的剛度，同時(shí)增加預(yù)制部分與現(xiàn)澆部分交接面的抗剪強(qiáng)度，解決了大跨度疊合板的剛度問題，同時(shí)新舊混凝土的共同作用問題也得到很好的解決（圖1）。桁架鋼筋疊合板構(gòu)件制作工藝較為復(fù)雜，需工廠規(guī)模化生產(chǎn)以降低造價(jià)。桁架鋼筋應(yīng)沿主要受力方向布置，距離板邊不應(yīng)大于300 mm，間距不宜大于600 mm，桁架鋼筋弦桿鋼筋直徑不宜小于8 mm，腹桿鋼筋直徑不應(yīng)小于4 mm，桁架鋼筋混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于15 mm。就該案例標(biāo)準(zhǔn)柱跨而言，跨中至少增設(shè)一道次梁后，板塊長(zhǎng)寬比約為2，采用雙向板受力模式為宜；參考相關(guān)圖集，預(yù)制板布置如圖1（a）所示，預(yù)制板板塊尺寸為4 240 mm×2 880 mm，采用桁架鋼筋疊合板方案需在標(biāo)準(zhǔn)柱距間設(shè)置一道300 mm×700 mm次梁；桁架鋼筋疊合板厚度90 mm，上部現(xiàn)澆60 mm現(xiàn)澆疊合層，現(xiàn)澆疊合層內(nèi)配φ8 mm@150 mm雙向鋼筋，支座處附加φ10 mm@300 mm。

圖1 桁架鋼筋疊合板示意

2.1.2 ?雙T板疊合板方案

雙T板采用梁板合一式結(jié)構(gòu)，使用預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)碳素鋼絲和預(yù)應(yīng)力鋼絞線作梁的主筋，具有自重輕、承載力高、跨度大、撓度小、增加有效使用空間、施工進(jìn)度快、廠房等建筑物搬遷時(shí)可重復(fù)利用等特點(diǎn)（圖2）。根據(jù)相關(guān)圖集，該案例選用YTPb0920-3和YTPb0924這2種板型〔圖2（b）〕，肋高600 mm，折算厚度為127 mm，板面粗糙面凹凸深度4 mm以上；現(xiàn)澆疊合層厚度60 mm，內(nèi)配φ6 mm@250 mm雙向鋼筋。受力邊主梁設(shè)置挑耳，雙T板肋梁擱置在挑耳上，標(biāo)準(zhǔn)柱跨內(nèi)無次梁。

圖2 雙T板疊合板示意

2.1.3 ?預(yù)應(yīng)力空心混凝土疊合板（SP板）方案

SP大板生產(chǎn)技術(shù)是美國(guó)SPANCRETE公司的專利產(chǎn)品。該產(chǎn)品是一種混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有承載力高、跨度大、整體性好、抗震性好等特點(diǎn)，在允許范圍內(nèi)可以任意切割開洞（圖3）。該板采用擠壓沖搗生產(chǎn)工藝成型，無需模板和蒸汽養(yǎng)護(hù)，可疊層生產(chǎn)，減少了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。SP板是單向配筋構(gòu)件，受力筋為鋼絞線，韌性足、強(qiáng)度大、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理。SP板延性好，臨破壞前有較大撓度，板安全度高。根據(jù)相關(guān)圖集，本案例選擇SPD25A，折算厚度為141 mm，板面粗糙面凹凸深度4 mm以上。現(xiàn)澆疊合層厚度60 mm，內(nèi)配φ6 mm@250 mm雙向鋼筋。受力邊主梁設(shè)置挑耳，板端部擱置在挑耳上，擱置長(zhǎng)度80 mm，標(biāo)準(zhǔn)柱跨內(nèi)無次梁。

2.2 材料用量及工況對(duì)比分析

由3種板型的材料用量及工況對(duì)比（表1）可知：

圖3 SP板疊合板示意

表1 材料用量及工況對(duì)比

1）經(jīng)整體建模計(jì)算，桁架鋼筋疊合板方案結(jié)構(gòu)總重為430 054 kN，雙T板方案結(jié)構(gòu)總重為433 337 kN，相對(duì)于桁架鋼筋疊合板，由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量比率為（433 337－430 054）/430 054=0.76%；SP板方案結(jié)構(gòu)總重為439 638 kN，相對(duì)于桁架鋼筋疊合板，由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量比率為（439 638－430 054）/430 054=2.2%，雙T板方案和SP板方案由于樓板厚度不同導(dǎo)致整棟樓增加的質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的整體影響可忽略不計(jì)。

2）桁架鋼筋疊合板方案中，樓板在整棟單體中的混凝土占比約為35%，樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為35%×63.3%=22.16%；雙T板樓板在整棟單體中的混凝土占比約為43%，樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為43%×66.5%=28.6%；SP板樓板在整棟單體中的混凝土占比約為45%，樓板混凝土預(yù)制率貢獻(xiàn)比例為45%×70.1%=31.5%。對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，雙T板和SP板較桁架鋼筋疊合板能起到提高整棟建筑預(yù)制率的效果。

2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

由3種板型的經(jīng)濟(jì)性比較（表2）可知：

1）桁架鋼筋疊合板造價(jià)最高，其次是雙T板，最優(yōu)為SP預(yù)應(yīng)力空心板，對(duì)于本案例中標(biāo)準(zhǔn)柱跨范圍內(nèi)，雙T板對(duì)比桁架鋼筋疊合樓板可節(jié)省造價(jià)28 653.4－27 365.1=1 288.3元，每平方米可以節(jié)省造價(jià)1 288.3/81≈15.9元；SP板節(jié)省造價(jià)28 653.4－20 613.15=8 040.3元，每平方米可以節(jié)省造價(jià)8 040.3/81≈99.3元。

表2 經(jīng)濟(jì)性比較

2）雙T板和SP疊合板方案均可提高單位面積的預(yù)制量，40%的預(yù)制目標(biāo)更容易實(shí)現(xiàn)，且雙T板和SP疊合板預(yù)制部分成型后，其邊角部位可小范圍靈活切割，可避免異形復(fù)雜構(gòu)件的預(yù)制。

3）雙T板和SP疊合板方案板底無支撐，施工便捷，降低造價(jià)。

4）由于預(yù)應(yīng)力雙T板需要蒸汽養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，以本項(xiàng)目60 000 m2左右的雙T板為例，工廠生產(chǎn)周期夏季為3～4個(gè)月，冬季為6～7個(gè)月，故雙T板供貨周期是影響選擇的因素之一。SP疊合板的生產(chǎn)采用干硬性混凝土沖搗擠壓成型生產(chǎn)工藝，可連續(xù)大批量疊層生產(chǎn)，不需模板，不需蒸汽養(yǎng)護(hù)，一次成型，生產(chǎn)效率高，節(jié)能環(huán)保。

3 結(jié)語

通過本案例對(duì)3種常用的預(yù)制裝配式樓板的分析比較，對(duì)于跨度較大且對(duì)樓面荷載要求較高的工業(yè)廠房，樓板選用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)樓板有較好的經(jīng)濟(jì)性；且預(yù)應(yīng)力樓板在施工安裝過程中，可以按照免模、免支撐的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和板型選擇，施工安裝便捷，安裝效率得以較大提高，在本案例的2種預(yù)應(yīng)力樓板中，又以SP空心板為更優(yōu)。以上結(jié)論可供類似工程參考。