既有建筑更新中預制空心板結構相關問題探討

■ DAI Hongchao WANG Lili ZHANG Yangkang

1 概述

預制多孔板是建筑工業化的產物，一般在工廠預制好，然后運輸到建造現場后，用起重設備吊裝到在建房屋中。預制樓板加快了施工進度，減少了現場工作量，降低了施工難度[1]。國外早于19 世紀90 年代開始應用預制樓板，到20 世紀50 年代，已得到了較廣泛的應用。20 世紀70年代，開始在我國的房屋建筑領域廣泛應用。

從20 世紀70 年代開始，為了規范預制板制作、方便設計單位選用，上海陸續制訂了多本預制多孔板圖集。1976 年，上海工業建筑設計院編制了上海市結構構件通用圖集《240預應力多孔板》（滬G301），該圖集為先張法預應力混凝土多孔板施工圖，適用范圍為：①跨度為6.0m、6.6m 和7.5m 且平頂要求平整的工業及民用建筑；②板表面溫度≤80℃的建筑；③適用于地震設計烈度＜7度的地區，當地震設計烈度≥7 度時，應按《工業與民用建筑抗震設計規范》（TJ11—74）和有關抗震節點構造圖集設防；④當遇有侵蝕性氣體作用、潮濕度大、高溫影響或有振動影響的建筑時，應由設計人根據使用要求，采取必要的措施自行確定使用。1980年，上海市民用建筑設計院編制了上海市結構構件通用圖集《180 預應力多孔板》（滬G302）。1987 年，上海市民用建筑設計院編制了上海市結構構件通用圖集《120 預應力多孔板》（滬G303）。1997 年，上海市建工設計研究院等單位陸續編制了上海市結構構件通用圖集《180 預應力混凝土空心板》（1997 滬G305）、《120預應力混凝土空心板》（1997 滬G306）。

預應力多孔板中，混凝土的強度等級主要為300 號、400 號，鋼筋基本為冷拉鋼筋；板寬主要有450mm、600mm、750mm、900mm、1200mm、1500mm 等，其底面寬度一般比標志寬度小10mm，頂面寬度則比標志寬度小40mm。

預應力多孔板中的冷拉鋼筋通過冷拔加工，抗拉強度增大，多孔板的開裂荷載有所提高，但延性有所降低，當使用荷載增加或預制板受損時，容易產生脆性破壞。因此，在既有建筑更新過程中，考慮到房屋建造年代較久遠、使用過程中多次裝修改造等因素，應先調查清楚預制板樓面的恒載，查明其結構損壞，明確其承載力，對其安全性進行科學分析與評定。特別是在原始圖紙缺失情況下，由于無法確定預制多孔板型號，不能查閱相關圖集了解其承載力，因此，對預制多孔板進行詳細的檢測和安全性分析，是既有建筑改造中至關重要的一項內容。

2 預制板樓、屋面的荷載調查

預制板樓、屋面恒載包括吊頂荷載、板底面層荷載、預制板自身恒載、板面荷載。一般情況下，吊頂荷載可通過吊頂種類進行快速確定；板底面層一般僅為膩子層和涂料層，荷載較容易確定。

當有原始圖紙時，可通過查看預制板型號，在圖集中獲取預制板自身荷載。由于房屋建造久遠等原因，部分房屋原始圖紙缺失，此時可根據房屋的建造年代，判斷其預制空心板孔洞類型，計算孔洞率，最終根據樓板厚度計算樓板恒載。如：建造于20世紀70 年代后的上海預制板房屋，預制板孔洞基本為圓形，可根據當時的圖集，對孔洞率進行計算。但對于建造年代更久遠的房屋，由于當時缺乏統一的圖集，預制板的孔洞類型較難判斷，此時，可結合預制板已損壞部位進行檢測，以確定孔洞類型、尺寸，從而較準確地計算出樓面恒載。

例如，某建筑建造于20 世紀60年代，預制板樓蓋，原設計為教學樓，后期擬修繕后作為其它用途使用，為確保安全，需要對其進行安全檢測。現場檢測時，發現在后期增設的管道井部位預制板因開洞局部受損。于是，對開洞區域進行詳細檢測，發現該樓蓋預制板為大空腔，孔洞近似矩形，孔洞總寬300mm，高120mm，孔洞率約為52.5%，樓板自身恒載約為1.9kN/m2（圖1、2）。

圖1 預制板空腔照片

圖2 預制板剖面示意圖（沿跨度方向）

3 預制板樓、屋面的承載力分析

對于預制板樓、屋蓋，當預制板型號未知時，確定樓面承載力的直接方法主要為荷載試驗。荷載試驗能直觀確定預制板承載力，但存在以下弊端：①對于既有建筑，基本不可能采用拆除預制板、帶回試驗室的方式進行荷載試驗；②現場荷載試驗時，需要消除試驗板與周邊結構的約束，使其成為獨立受力的簡支構件，這對樓面結構有較大的損害；③預制板采用預應力鋼筋或冷拉鋼筋，加載到一定程度后，容易產生脆性破壞，有可能導致試驗板受損失效。因此，目前很少采用上述方式確定預制板樓面承載力。

對于居住建筑，預制板結構一般應用于2000 年前的多層住宅樓中，該類房屋一般為砌體結構，豎向由縱橫砌體承重，預制板樓、屋蓋，預制板擱置在橫墻上，對于該類建筑，在后續更新時，建議樓面荷載不超過原設計的住宅樓樓面荷載即可。對于非居住建筑，因平面布局需要，預制板樓蓋或屋蓋基本由預制板和混凝土梁組成。考慮到結構設計時，在后續使用荷載下，預制板和混凝土梁的承載力均應滿足承載力要求，當確實調閱不到原始圖紙，也無法采用其它有效方法確定預制板承載力時，可把混凝土梁的承載力作為樓面荷載效應的控制指標，根據混凝土梁的承載力倒推樓面承載力，進而對既有建筑更新后的使用功能進行定位。

例如，在上海市某園區既有建筑更新過程中，為便于功能定位，首先要明確園區內既有房屋的結構承載力。為此，前期由檢測單位對院內1號樓進行結構安全檢測。因檢測初期未調閱到原始結構圖紙資料，故對建筑、結構圖紙進行測繪。

根據檢測結果及園區房地產權證等相關資料，該幢房屋建造于1986年，原為生產用房，建筑高度為5層，其中，底層層高為5.5m，其余樓層層高均為3.6m。其建筑平面呈矩形，東西向共11 跨，跨度尺寸為5.1m；南北向共2 跨，跨度尺寸為6.0m。房屋為鋼筋混凝土框架結構，現澆混凝土梁、柱，預制板樓、屋蓋，預制板擱置在南北向花籃梁上。混凝土柱截面尺寸主要為400mm×600mm、400mm×500mm，柱 中 縱 筋 為10φ22 螺紋鋼筋；混凝土梁基本為花籃梁，主梁底寬度主要為300mm，梁總高600mm，梁底跨中部位縱筋為2φ22 和1φ20 螺紋鋼筋等，箍筋為φ10@100/200 的光圓鋼筋。預制板樓面從下至上由粉刷層、預制板、細石混凝土整澆層、水泥砂漿找平層及水磨石面層組成，厚度依次 約 為3mm、180mm、50mm、18mm、12mm，預制板寬度介于890～895mm。

根據樓面分層做法檢測結果，樓 面 恒 載 為4.6kN/m2。按 照《建筑結構可靠性設計統一標準》（GB50068—2018）、《建筑結構荷載規范》（GB50009—2012）、《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）等，采用中國建筑科學研究院結構研究所PKPM 系 列PMCAD、SATWE 等計算軟件，對上部結構承載力進行驗算。經驗算，在樓面活載為3.5kN/m2時（恒活載組合后的樓面荷載效應為11.2kN/m2），混凝土梁承載力基本滿足要求。

檢測后期，從檔案室翻閱到了該幢房屋的部分圖紙，發現樓面預制板編號主要為YKB-丙48-6（圖3），套用《180 預應力多孔板》（滬G302），該型號預制板的板寬、板長分別為890mm、4780mm，單塊板自重為1031kg，允許荷載為9.17kN/m2（按 照2.35kN/m2扣除板的自重）。根據上述預制板參數，預制板均布荷載效應允許值為11.5kN/m2，與檢測最初根據樓面梁承載力倒推的樓面承載力基本相符。

4 預制板結構損壞處理

4.1 預制板裂縫的分析及處理

預制板樓、屋蓋的常見損壞為沿預制板跨度方向，在預制板拼接處出現的界面裂縫。上述裂縫較為普遍，主要是由于房屋建造年代久遠、預制板灌縫材料的收縮造成的，為非荷載裂縫，裂縫寬度一般較小，對正常使用略有影響，有條件時，可采取批嵌等方式進行處理。

圖3 檢測后期調閱到的某園區1 號樓結構平面圖

因預制板采用固定模數，為便于施工，對于預制板擺放后靠近邊梁的空隙，部分房屋采用與邊梁一起局部現澆樓板的方式進行處理。邊梁截面呈Г 形，在該種施工方式下，預制板與邊緣現澆板交接處亦會形成界面裂縫，一般情況下板面開裂較為明顯，可采用重新灌縫、局部翻做面層等方式進行處理。例如，上海某園區1 號樓原設計為生成用房，局部為大空間區域，樓面靠近南外墻區域存在1 條貫穿多個開間的裂縫（圖4），裂縫寬度約5～8mm。經檢測，該區域南北向柱距為6m，樓面由5 塊890mm 寬和1 塊740mm 寬的預制板組成，因混凝土柱截面高度較大（截面高度為600mm，大于連梁截面寬度240mm），兩端不便于鋪預制板，因此，兩端區域樓面局部和連梁一起現澆，再加上面層較厚，從而產生上述裂縫。

圖4 某園區1 號樓預制板與邊緣現澆板交接處存在明顯開裂現象

另外，預制多孔板按簡支構件配筋，板頂未配置鋼筋，在預制、運輸或者吊裝過程中，由于吊裝不當等因素，可能會導致預制多孔板產生一些隱性裂縫，在后期使用過程中，因樓面荷載增加，在板底出現開裂等損壞現象。該裂縫為預制板缺陷等原因產生的荷載裂縫，應采取加固等有效方式進行處理，且條件許可時，應更換受損預制板。例如，上海某住宅小區的一幢6 層住宅樓，砌體結構，預制多孔板樓、屋蓋，建造于20 世紀90年代；2010 年，業主在裝修過程中，發現其中一塊預制板存在開裂現象（圖5、6），委托專業檢測單位鑿除裂縫處板底粉刷后進行檢測，結果表明，該裂縫為預制板本身開裂產生的結構裂縫，未見房屋存在其它結構損壞現象。由于該預制板存在明顯的安全隱患，根據現場條件，后期進行了加固處理。

圖5 某住宅樓預制板底裂縫示意圖

圖6 某住宅樓預制板底開裂照片

4.2 預制板開洞受損后的處理

因預制板房屋建造年代久遠，隨著建筑功能的提升，在修繕改造過程中，經常會遇到預制板開洞等損壞現象。特別是對于公共建筑，因增設衛生間、管道井等原因，個別預制板開洞受損嚴重，導致預制板截面削弱、預應力筋被截斷，存在嚴重安全隱患。

對于上述預制板局部開大洞（圖7），或一塊預制板上開較多洞口（圖8）的情況，應在洞口邊另設邊梁支承傳力。新增支承梁可采用鋼梁或鋼筋混凝土梁，新增梁兩端應與主體結構連接可靠。對于同一塊預制板開多個洞口的情況，宜采取更換或局部重做現澆板的方式進行修復。

圖7 預制板開洞受損

圖8 樓面局部改為衛生間，預制板增開多個洞口

4.3 預制板改現澆板的注意事項

在既有建筑更新過程中，因預制板損壞嚴重或樓面荷載增加較大等因素，部分項目將預制板拆除并更換為現澆混凝土板。通過上述方式，一方面，可以消除安全隱患，提高樓面承載力；另一方面，可以改善樓面防水效果。

因預制板為單向板，荷載主要傳遞至預制板兩端的橫墻或混凝土主梁上；改為現澆板后，可能會形成雙向板，并按雙向板進行設計。在上述情況下，應注意對原自承重墻或次梁的承載力進行復核。

另外，對于既有結構的更新，在施工過程中，應采取措施確保現澆板有足夠的擱置長度。特別是對于兩端均擱置在橫墻上的預制板，預制板拆除后，橫墻上的凹槽深度較小，澆筑混凝土時，難以對凹槽內的混凝土進行振搗。因此，應采取增加混凝土和易性等措施，確保擱置端牢靠。

例如，上海市某4 層建筑，建造于20 世紀80 年代，預制板樓、屋蓋，原設計為教學樓，后續修繕后作為老年服務中心使用，因此，需要把部分樓面改為衛生間。預制板樓面改衛生間后，需要對樓面開洞安裝排水管，同時，考慮到預制板樓面容易產生滲漏水現象，更新設計時，把該區域的預制板更改為現澆混凝土樓板。但在施工過程中，預制板拆除后，由于未清除橫墻凹槽中的殘留混凝土等雜物，導致現澆混凝土板擱置長度偏小，存在一定的安全隱患（圖9）。后期，采用在現澆板擱置端增設槽鋼梁的方式，增加了現澆板擱置長度（圖10）。

5 結語

圖9 預制板改現澆板后擱置長度偏小

圖10 后期采用槽鋼梁增加擱置長度

綜上所述，采用預制板結構的既有建筑，在更新改造時，應首先明確樓面承載力。當原始圖紙缺失時，可根據房屋的建造年代、預制板厚度、寬度及跨度等尺寸信息，判斷預制空心板類型，估算孔洞率，計算樓板恒載。對于預制板樓、屋蓋，當預制板型號未知時，可將混凝土梁的承載力作為樓面荷載效應的控制指標，根據混凝土梁的承載力倒推樓面承載力；確有必要時，可采用荷載試驗等方式直接確定樓板承載力。預制板樓、屋蓋的常見損壞為沿預制板跨度方向、在預制板拼接處出現的界面裂縫，當預制板出現結構開裂、開洞受損等損壞現象時，可采用增設梁加固等有效方式進行處理；對于受損嚴重的預制板，條件許可情況下，可采用更換或局部改現澆板等方式進行處理。另外，預制板樓面改現澆板時，應注意對原自承重墻或次梁承載力的復核，并在施工過程中，采取有效措施保證現澆板有足夠的擱置長度，確保擱置端錨固牢靠。