裝配式混凝土結構預制樓板施工全過程計算分析

鄭 旭 劉海成 孫大龍

(1.沈陽衛德建筑產業現代化設計有限公司，遼寧 沈陽 110036；2.沈陽建筑大學土木工程學院，遼寧 沈陽 110068)

1 概述

隨著裝配式混凝土結構在工程上應用日趨成熟，疊合樓板作為裝配式混凝土結構最為基本結構形式也得到了更為廣泛應用。本文著重對裝配式混凝土結構預制樓板的脫模工況、吊裝工況、存放工況和現澆層施工工況分別進行計算，給出了以上各個工況吊點或支撐點的合理位置，為預制樓板設計過程中吊點設置提供可靠的計算依據。

2 脫模工況驗算

脫模工況荷載取值在多本現行規范中給出了相關要求，其中GB 50666—2011混凝土結構工程施工規范中9.2.2條規定：預制構件在脫模、吊運、運輸、安裝等環節的施工驗算，應將構件自重標準值乘以脫模吸附系數或動力系數作為等效荷載標準值，第一款給出脫模吸附系數宜取1.5；JGJ 1—2014裝配式混凝土結構技術規程中6.2.3條規定：預制構件進行脫模驗算時，等效靜力荷載標準值應取構件自重標準值乘以動力系數后與脫模吸附力之和，且不宜小于構件自重標準值的1.5倍。第一款給出動力系數不宜小于1.2，第二款給出脫模吸附力不宜小于1.5 kN/m2。綜上，按照行業標準JGJ 1—2014裝配式混凝土結構技術規程規定條文進行取值。

2.1 吊點距邊位置驗算

脫模工況首先確定吊點邊距，即每一豎排吊點距預制樓板邊距離(如圖1所示排布方式)，此吊點排布方式可簡化為取每延米寬多跨連續梁進行計算。脫模工況驗算吊點處混凝土上部正應力，滿足混凝土軸心抗拉強度標準值。不考慮桁架鋼筋剛度作用。

起吊時安全考慮動力系數1.2，模臺吸附力取1.5 kN/m2。工程實際中，預制樓板厚度一般取60 mm，但隨著主受力方向板跨度增加，預制樓板厚度在預制構件深化設計時也隨之增加到70 mm；預制工廠生產過程中，脫模時混凝土強度受到養護條件及時間影響，一般情況強度也比C15大，可達到C20。在上述條件下，吊點的邊距均可適當放大。故不同厚度、不同混凝土強度下吊點設置亦不相同，對各種情況下預制樓板脫模過程中吊點位置進行計算，脫模工況下預制樓板吊點位置距離樓板邊緣最大長度總結如表1所示。

表1 脫模工況下吊點距樓板邊緣最大長度 mm

2.2 吊點間距驗算

確定邊距后，對兩豎排吊點間距進行驗算，此時主要驗算跨中最大裂縫不超過規定限制。參考GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2015版)中3.4.5條對最大裂縫寬度限值規定計算并從嚴控制，裂縫寬度限值取0.1 mm，以保證脫模過程預制樓板無質量問題出現。對于較大配筋的預制樓板(如配置8@150)，其裂縫寬度相對較小，則兩點間距更大。故不同厚度、不同混凝土強度、不同板底配筋下吊點最大間距亦不相同，對各種情況下預制樓板脫模過程中吊點最大間距進行計算，見表2。

表2 脫模工況兩吊點最大間距 mm

3 吊裝工況驗算

預制樓板在生產完成后進行吊運到存放區、起吊到運輸車、吊裝安裝過程中，此時與脫模工況相比，無模臺吸附力，僅考慮動力系數。

3.1 吊點位置計算

起吊時安全考慮動力系數1.5，此時混凝土強度為C30，ftk=2.01 N/mm2。同樣驗算混凝土上部正應力滿足混凝土抗拉強度標準值。

不同厚度下吊點設置亦不相同，對各種情況下預制樓板脫模過程中吊點位置進行計算，吊裝工況下預制樓板吊點位置距離樓板邊緣最大長度總結如表3所示。

表3 吊裝工況下吊點距樓板邊緣最大長度 mm

3.2 跨中裂縫驗算

混凝土強度為C30，ftk=2.01 N/mm2。參考GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2015版)中3.4.5條對最大裂縫寬度限值規定計算并從嚴控制，裂縫寬度限值取0.1 mm。

表4 吊裝工況兩吊點最大間距 mm

4 運輸與存放過程分析

預制樓板運輸與存放時可采用木塊點支撐，支撐點與吊裝點位置相同，驗算均可滿足要求。但需對存放提出要求：考慮到存放過程中不至預制樓板變形過大，墊塊距離邊界不大于400 mm，間距不大于1 500 mm，如存放時間超過3個月間距不大于1 200 mm。墊塊頂部需設置柔性層，墊木頂部與底部加柔性墊層，頂部墊層厚度不小于1 cm，底部墊層厚度不小于2 cm。

5 現澆層施工過程分析驗算

根據圖集15G366—1桁架鋼筋混凝土疊合板(60 mm厚底板中對支撐規定：板底就位前應在跨內及距離支座500 mm處設置由豎撐及橫梁組成的臨時支撐。但圖集中并未明確設置支撐的數量。理論上，當跨內設置兩道支撐計算簡圖(如圖2a)所示)為超靜定結構，筆者通過力法求解分析進行簡化選取計算簡圖，以便于計算。

5.1 簡化計算簡圖

設疊合樓板板跨為2 350 mm，支撐點距邊緣距離為500 mm，則支撐點間距為1 350 mm。均布荷載取1 kN/m。計算簡圖暫取如圖2所示，并用力法求解彎矩。

則有：

位移平衡方程：

δ11·X1+Δ1p=0。

解得：

X1=0.1 kN·m。

則彎矩圖如圖3所示。

求最左側支座反力F，由圖2b)可得彎矩平衡方程：

解得：F=-0.005 6→0(且為拉力)。

由此可以得到，當支撐點間距為1 350 mm時，預制樓板左右邊緣支撐點支座反力為拉力，而實際施工過程中，預制樓板僅搭到預制墻上，僅提供壓力并無拉力，故當支撐點間距大于1 350 mm時，四點支撐的計算簡圖其計算結果與實際不符。故當支撐點距邊緣距離為500 mm，間距大于1 350 mm時，預制墻處支撐并無壓力，此時可取兩側帶懸挑的兩點簡支形式作為計算簡圖。另有部分實際工程中預制樓板與預制墻預留10 mm縫隙，預制墻并無支座作用，故均可采用兩側帶懸挑的兩點簡支形式作為計算簡圖。

5.2 跨中裂縫驗算

取支撐點距邊緣距離為500 mm，計算跨中最大裂縫寬度限值取0.1 mm。驗算結果如表5所示。

5.3 支撐間距計算

計算剛度取短期剛度，并應用圖乘法求跨中撓度，可得出結論：在施工階段支撐距預制樓板邊距離為500 mm，兩支撐間距不大于1 800 mm，且不應小于1 350 mm，均可滿足施工階段的裂縫及撓度限制要求。故當預制樓板邊距離固定為500 mm、現澆厚度為80 mm，不同厚度及配筋的預制樓板，支撐點最大間距亦不同，計算其最大間距結果如表5所示。

表5 現澆層施工階段兩支撐點最大間距 mm

6 結論

本文通過對預制樓板各工況進行受力分析及驗算，對于工程常用厚度為60 mm的預制板，有如下結論：

1)脫模工況下，混凝土強度達到C20，兩排吊點位置可設置為邊距750 mm，間距不大于2 500 mm；

2)起吊工況下，兩排吊點位置可設置為邊距1 000 mm，間距不大于3 200 mm；

3)運輸與存放過程需考慮長期存放因素影響，墊木支點間距及邊距需加密處理；

4)現澆層施工過程，支撐邊距為500 mm，兩道支撐間距最大可為1 800 mm。