疊合樓板在某核電廠中的應用研究

李進曉（上海核工程研究設計院有限公司，上海 200223）

0 引 言

混凝土疊合結構是在預制構件上后澆一層混凝土而形成的一種裝配整體式混凝土結構（如圖1所示）。該結構兼具現澆整體式結構和全裝配式結構的優點，是一種整體性好、施工速度快、綜合經濟效益顯著的結構形式。按其受力性能的不同，混凝土疊合結構可分為一次受力疊合結構和二次受力疊合結構2類，二者的區別在于使用階段的荷載是否由預制構件承擔。在民用建筑領域，疊合樓板得到了廣泛的研究和應用，但在核電站建設項目中疊合樓板應用較少。

圖1 混凝土疊合結構示意圖

某核電站項目（以下簡稱“項目”）采用模塊化建造這種先進的施工理念。模塊化建造對傳統施工理念進行優化，做到土建施工與設備安裝并行施工，優化了施工組織，大大縮短了核電站建設工期，進而降低工程造價，提高工程質量，具有很好的應用前景。因此，項目在設計中廣泛采用了“預制板+現澆板”組合樓板構件，以預制樓板為底模方便施工，降低施工難度，節省腳手架和模板。項目輔助廠房初步設計方案中大量使用“預制板＋現澆板”組合樓板結構構件，但初步設計方案組合樓板的計算方法沒有充分考慮預制板的強度，存在優化空間，因而采用疊合樓板的設計理念。

本文利用疊合樓板的設計理念，針對疊合構件受力的特點——二階段建造、二次受力，將項目輔助廠房初步設計方案的分析模型及設計過程與優化設計方案進行對比分析，對輔助廠房疊合樓板結構的受彎正截面配筋、橫截面受力鋼筋布置進行優化設計分析。

1 設計輸入

（1）參數：輔助廠房疊合樓板的計算單元的單位寬度取橫向1 000 mm，計算跨度Lx＝5 185 mm；預制樓板高h1＝203 mm，底部鋼筋 22@152 mm，頂部鋼筋 14@152 mm；現澆板高h3＝406 mm，底部鋼筋 28@305 mm，頂部鋼筋 28@305 mm；疊合樓板總高h3＝609 mm；預制層和現澆層均采用 35混凝土，受拉鋼筋采用HRB400E級，施工階段不加支撐。

（2）荷載：第一階段預制樓板受恒荷載（預制板、現澆板自重）標準值q1Gk＝16.5 kN/m，施工活荷載取值q1Qk＝2 kN/m；第二階段恒荷載（設備、管道、支架、電纜等）標準值q2Gk＝12.8 kN/m，使用階段活荷載標準值q2Qk＝9.6 kN/m，集中荷載標準值F2Qk=22.2 kN。

2 二階段建造、二次受力

第一階段，預制樓板兩端簡支在鋼梁上，在現澆板混凝土未達到強度設計值之前，荷載均由預制構件承擔，包括預制樓板自重、現澆板自重及本階段的施工活荷載。其正截面彎矩設計值為：

第二階段，現澆板混凝土達到設計規定的強度后，疊合構件按整體結構計算，活荷載取施工階段、使用階段2個階段的最大值，如式（2）所示。

3 計算模型的比較分析

優化設計方案與初步設計方案2階段的受力分析的模型對比，如表1所示。

表1 2種方案受力分析的模型對比

第一階段設計采用的計算模型是相同的，預制板作為其上部現澆板的模板，預制板承受現澆板和預制板的自重以及施工階段的活荷載。第二階段設計分析模型存在差異，初步設計方案只考慮了現澆板的作用，讓現澆板承受使用階段的構件自重、設備荷載以及活荷載，而忽略了預制板的作用，沒考慮預制板的強度、剛度，與疊合樓板的作用機制偏差較大；而采用疊合樓板設計，需要考慮預制板與現澆板的整體協調變形機制（如圖2所示），形成疊合樓板構件，共同作用，抵御外部荷載。

圖2 疊合面黏結足夠強時的變形示意圖

初步設計方案中，預制板只起到現澆板澆筑的模板作用，不作為后期使用階段整個樓板結構的一部分；而疊合樓板結構中的預制板不但作為模板使用，而且作為后期使用階段整體樓板結構受力的一部分。

因此，在使用階段，初步設計方案中的203 mm厚的預制板只是作為混凝土澆筑時的臨時模板，其截面強度沒有得到充分利用；同時，根據樓板平截面受力情況（如圖3所示），現澆板底部鋼筋位于中和軸附近，不能充分發揮其受拉鋼筋的作用，當預制板底部鋼筋達到屈服強度時，現澆板底部鋼筋未達到屈服強度，未充分利用鋼筋抗拉強度。

圖3 樓板平截面受力

4 設計優化

4.1 受彎正截面配筋優化

在初步設計中，現澆板上下均布置受力鋼筋 2 8@305 mm。根據疊合樓板設計原則，考慮疊合樓板的整體作用，根據混凝土受力平截面假定，由于現澆板底部鋼筋抗拉強度未得以充分發揮，取消現澆板底部鋼筋，同時，加強預制板底部鋼筋配置。因此，預制板參與疊合板的第一、二階段受力分析。

優化后疊合樓板正截面受彎承載力驗算過程如下。

第二階段疊合樓板的跨中彎矩按兩端固結模型計算，樓板跨中彎矩標準值如下：

（1）跨中最大彎矩設計值計算如下：

①正常工況。荷載分項系數rG＝1.4，rQ＝1.7。M中max1=rG?M2Gk+rQ?M2Qk=1.4×32.8+1.7×25.1=88.6 kN?m 式（5）

②極端工況。在極端工況即地震工況下，樓板平面外豎向地震加速度Av＝0.97。

（2）跨中截面極限承載力計算如下：

在已知疊合樓板上下均布置受力鋼筋 28@305 mm情況下，按雙筋矩形截面驗算跨中彎矩承載力。結構重要性系數r0＝1.1。

跨中彎矩設計值小于疊合構件的極限承載力，所以優化后的跨中正截面配筋的承載力滿足要求。

4.2 鋼筋布置優化

根據疊合樓板設計，取消現澆板底部鋼筋，并優化預制板底部鋼筋（如圖4、圖5所示）。

圖4 優化前鋼筋布置

圖5 優化后鋼筋布置

與初步設計方案相比，采用疊合樓板設計理念，充分考慮預制板的作用，增加跨中截面的有效高度；優化截面鋼筋布置后，充分發揮了鋼筋的受力強度，受力更加合理，而且優化后跨中正截面的鋼筋量減少了約27%，節約了成本。

4.3 疊合面的黏合措施

為保證預制板與現澆板之間的較好黏合，在第二階段受力下，現澆板與預制板之間能整體協調變形，要采取如下的措施：

（1）垂直于黏合面布置足夠多的抗剪鋼筋 14@305 mm×305 mm；

（2）疊合面要有足夠的粗糙度，對預制板頂面做鑿毛處理，做成凹凸差≥6 mm的粗糙面；

（3）清除預制板表面的浮渣、碎石等雜物。

5 結 語

本文利用疊合樓板的設計理念，與初步設計分析過程進行比較分析，對初步設計方案中以預制板為模板的現澆板樓板進行了優化設計分析，并對跨中正截面鋼筋進行了優化布置分析，同時得出如下結論。

（1）采用初步設計方案，現澆板底部鋼筋位于受彎正截面的中和軸附近，鋼筋的抗拉強度不能有效發揮。

（2）采用疊合樓板設計理念，充分考慮預制板的作用，增加跨中截面的有效高度，優化截面鋼筋布置后，充分發揮了鋼筋的受力強度，受力更加合理；優化后跨中截面的鋼筋量減少了27%，降低了成本，疊合樓板的經濟性得以體現；優化鋼筋排布形式，提高了現場施工便利性。

（3）疊合樓板應用實踐中，應采取措施保證預制板與現澆板之間的較好黏合，提高整體性。