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摘要：随着国内建筑工业化从民用住宅向公建项目的推进，亟需对预制大跨度混凝土楼板技术进行进一步的开发和研究。为了推进预制大跨度混凝土楼板技术的发展，本文在对预制楼板技术进行大量调研的基础上，结合实际工程经验，对预制混凝土楼板进行分类，归纳出国内现有的预制大跨度混凝土楼板类型，并针对其特点和不足展开介绍，最后总结出发展预制大跨度混凝土楼板技术亟待解决的几个关键问题。
关键词：预制楼板；叠合楼板；大跨度；混凝土楼板
引言
近年来，随着国内建筑工业化的不断推进，高质、高效、环保的预制混凝土结构被逐步接受并推广应用，并从单一的住宅项目逐渐向公共建筑项目延伸。楼板是建筑结构的重要组成部分，现阶段大多数项目所采用的预制混凝土楼板主要适用于跨度较小的住宅结构，公共建筑由于空间功能的需要，楼面跨度一般较大，对公共建筑而言此类楼板明显难以达到跨度上的要求。因此，亟需对预制大跨度混凝土楼板技术进行进一步的研究和开发，以适应建筑工业化发展的需要。
本文通过对现有的预制混凝土楼板进行分类和梳理，总结出常见的预制大跨度楼板类型并对其发展状况进行介绍，最后提出发展大跨度预制楼板技术亟需解决的几个关键性问题，以期为大跨度预制楼板技术的发展提供支持和帮助。
1、预制混凝土楼板的分类
图1为预制混凝土楼板的分类图，按照施工现场的作业方式，预制混凝土楼板可分为预制装配式混凝土楼板和装配整体式混凝土楼板两大类。
图1 预制混凝土楼板分类
预制装配式混凝土楼板是指在工厂内制作完成，施工现场无湿作业，只需进行安装拼接的楼板。根据板的截面形式，预制装配式楼板可分为实心平板、T形板、槽形板和空心板四种。装配整体式混凝土楼板是指将板的一部分（通常为底部）在工厂内预制，安装就位后在预制部分的基础上浇筑混凝土使之与现浇层形成整体的楼板。装配整体式混凝土楼板又可分为混凝土叠合楼板和密肋填充块楼板两类，其中叠合楼板由于其生产和性能的优势广泛应用于当前我国装配式建筑当中[5]，根据底部预制构件形式的不同，叠合楼板又分为平板型、带肋型、夹心板型和空心板型四类。
2、预制大跨度混凝土楼板
2.1 SP预应力空心楼板
SP预应力空心楼板，是预制混凝土空心楼板中的一种，特指采用美国SPANCRETE公司的生产设备工艺流程、专利技术和SP商标使用权在我国生产的预应力混凝土空心楼板。SP预应力空心楼板分SP板（全预制）和SPD板（叠合式）两个系列。
我国早在2005年就已发布实施了SP预应力空心板标准图集（05SG408），以此来规范SP板的设计、生产和施工。SP板的标准宽度为1200mm，可根据实际需要进行调整，板的厚度范围为100~380mm，板的跨度可根据设计任意切割，最长可达18m。表1给出了标志宽度为1200mm时SP板的主要规格。
图2 SP板示意图
SP板除了拥有预制楼板共有的优点之外还具备以下几个优势：1）自重轻。其特有的空心结构，能够有效减轻楼板自重，使得结构柱、墙和基础的截面尺寸和配筋的相对减少，具有良好经济性。2）保温、隔声效果好。其特有的空心结构在减轻自重的同时也起到了良好的保温隔声效果。3）抗震性能良好。在地震加速度、场地等其他条件相同的情况下，采用SP板的建筑物具有较好的延性。神户大地震后，日本对SP板建筑做了调查，结果表明其抗震性能好，震害较轻。4）外观良好。SP板为机械成形，表面平整，外形美观。其表面平整度误差能控制在2毫米以内，长宽误差也都均能控制3毫米以内。5）用钢量低。SP板采用预应力钢绞线，无分布筋和其它构造筋，与相同规格和承载力的标准圆孔板相比，其用钢量减少近一半。除了以上的优势之外，SP板也存在着平面内整体性不好、容易在板跨方向上产生裂缝、不宜开孔和吊装运输困难等问题，这些问题限制着SP板的进一步推广和应用，等待着业内专家的攻克。
表1 SP板的主要规格（单位：mm）
2.2 预应力混凝土双T板
预应力混凝土双T板（双T板）是梁板结合的预制钢筋混凝土楼板，由宽大的面板和两根窄而高的肋组成，如图3所示。其面板既是横向承重结构，又是纵向承重肋的受压区。双T板受压区截面较大，中和轴接近或进入面板，受拉主钢筋有较大的力臂。因此，双T板具有良好的结构力学性能，明确的传力层次，简洁的几何形状，是一种可制成大跨度、大覆盖面积的和比较经济的承载构件。
图3 双T板
表2 双T板的主要规格尺寸
双T板截面有等截面和双坡变截面两种形式，我国常采用双坡变截面的形式（双T坡板），多用于厂房、仓库等工业建筑的屋面中[1]。建设部分别于2006、2008和2009年发布实施预应力混凝土双T板标准图集[8-10]，分别对两种截面形式和不同标志板宽的双T板的设计、生产和施工进行规范。表2给出了不同截面形式的双T板的主要规格尺寸。可以看出，双T板非常适用于于大跨度结构，其最大标志长度可达24m，经过多年的发展，国内已有30m以上的大跨度双T板的工程应用实例[2]。T板能够被广泛应用得益于以下几点：
1）跨度大、承载力强。双T板的跨度可达30m，空间大，非常适合用于厂房、仓库、车库等大跨度建筑的楼板。同时，板肋的存在也确保了双T板具有较大的承载能力。2）耐久性好。双T板与钢结构大跨度屋面相比，具有防火，耐腐蚀免维护，抗风雪和使用寿命长等优点，尤其适用潮湿环境的地区。3）经济性好。用双T板做楼面可以减少建筑物的梁柱构件，简化建筑结构，与大跨度钢结构相比，造价明显降低。
表2 双T板的主要规格尺寸
在双T板应用的过程中也暴露出一些问题：1）预应力筋张放容易引起开裂。预应力筋张放时，双T板的两端和跨中容易开裂，且这种现象在双T坡板中尤为严重。2）平面内整体性较差。双T板之间一般采用嵌缝砂浆进行填缝，填缝处与双T板的力学性能具有较大差别，容易在板间拼缝处产生裂缝，影响建筑美观。3）板肋过高，挤占建筑净高。随着跨度的增加，双T板的板肋高度也迅速增长，这不仅会挤占建筑物的净高，而且影响美观。4）连接问题。为了增加结构整体性和抗震性能，双T板两端一般通过预埋件焊接在框架梁上。实际工程中，由于双T板跨度较大，易受温度变形的影响，在长期的使用中，双T板内由温度变形产生的应力，使得框架梁上的预埋件松动，情况严重时甚至能造成框架梁的棱角破坏。
双T板是一种具有较大发展潜力的预制大跨度楼板，我国规范与双T板起步发展较早的美国相比，在许多方面的计算上有明显的差别[1]，是否对国内相关规范进行进一步完善，值得商榷。同时，双T板在国内的实际应用中也出现了种种问题，许多不足亟待完善。
2.3 预应力带肋底板混凝土叠合楼板
预应力带肋底板混凝土叠合楼板（预应力带肋叠合板），由预制预应力带肋底板和现浇混凝土叠合而成，是一种双向受力异性板。目前，小跨度（2.4m~6.6m）预应力带肋叠合板在国内装配式建筑中得到了广泛应用，研究人员也对其进行了较多的研究，并于2011年颁布实施了相关行业标准[3]。预应力带肋叠合板具有发展为预制大跨度楼板的特性，目前国内已有研究人员[6]对大跨度预应力带肋叠合板技术进行开发和研究。预应力带肋叠合楼板具有以下特点：
1）楼板刚度大。由于板肋的存在，加大了预制底板的刚度，不仅可以减少预制底板在吊装、运输和施工过程中的损坏，而且还可以减少施工过程中的支撑数量。2）整体性好。板肋增大了新、旧混凝土结合面面积，板肋预留孔洞内后浇混凝土与横向穿孔钢筋形成的抗剪销栓，能保证叠合层与预制底板形成整体共同承载、协调受力。同时，开间内的楼板可通过现浇叠合层进行连接，大大增强了整块楼板的平面内整体性。3）抗裂性好。预制带肋底板拼缝上设置折线形抗裂钢筋，有效增强了楼板拼缝处的抗裂性能。4）方便管线布置。板肋上预留孔洞的设置，方便了预埋管线的布置，满足了现代建筑暗装管线的必备要求。5）外形美观。叠合层浇筑后，楼板上下表面平整，便于饰面层装修，有利于开间内的外观。预应力带肋叠合楼板也存在以下几个不足：
1）预制底板肋上开洞问题。预制底板肋上开洞比较困难，且洞口内部及T形截面翼缘下部不易浇筑后浇层混凝土，使得混凝土之间留有部分空隙，在板内形成一定的初始缺陷。2）大跨度叠合楼板预制底板的运输、吊装和支撑困难。与其他形式的预制底板相比，带肋预制底板具有较大刚度，然而相比于预制装配式楼板其不再具有刚度优势，随着叠合楼板跨度的增加，预应力带肋预制底板的运输和吊装问题将再次显现，同时，板跨的增加也使得预制底板在安装过程中需要更多的支撑。因此，大跨度预应力带肋叠合板的经济性有待进一步评估。
2.4 其他类型大跨度叠合楼板
本节内容主要针对这些预制大跨度楼板的研究现状进行综述。李成玉课题组[7]提出了一种大跨度预应力叠合楼板，如图4所示，该叠合楼板分双肋式和三肋式两种，与上节中的预应力带肋叠合楼板相比，其特点是：1）预制截面高度接近使用时计算高度，刚度更大；2）现浇层与叠合层之间使用EPS泡沫等轻质材料填充，在减轻自重、降低造价的同时具有良好的保温隔声性能。这种叠合板型兼具带肋板型与夹心板型的特点，其许多方面的性能还有待研究。
图4 大跨度预应力叠合楼板
吴方伯等[4]结合叠合楼板和空心楼板的的优点，提出预制带肋底板混凝土叠合空心楼板（图5），该板通过在预制带肋底板上布置筒芯内模，再浇筑面层混凝土而成。同时，他们通过静力试验将叠合空心楼板与现浇楼板的力学性能进行对比，认为叠合空心楼板具有良好的总体性能。
图5 预制带肋底板混凝土叠合空心楼板
3、预制大跨度混凝土楼板技术难点
3.1 预制装配式楼板间的拼缝处理
预制装配式楼板之间的拼缝一般通过嵌缝砂浆进行填缝，由于拼缝处与预制构件的刚度相差较大，容易沿拼缝方向产生裂缝。同时，这种连接方式也使得预制装配式楼板的平面内整体性较差，不利于抗震。因而，有必要对现有的拼缝处理进行改进。
3.2 叠合楼板的等同现浇问题
楼板的计算分析是楼板设计中的关键，在现有叠合楼板的设计中，设计人员一般按照“等同现浇”的理念对其进行分析计算。然而，对于预制大跨度楼板，“等同现浇”是否适用？楼板跨度的增加是否会对叠合楼板的叠合面产生不可忽略的影响？这些问题值得引起大家的关注。
3.3 楼板开洞
大跨度楼板在房间布置上难免会局部开洞，在现浇大跨度楼板设计中，对于边长小于1m 的洞口可以采取使用附加钢筋加强洞口四周承载力的方法，边长大于1m的洞口则需要通过计算分析来增加配筋。在预制大跨度楼板中，洞口的尺寸布置不仅会改变洞口处的应力分布，而且很可能会直接影响预制构件的分割布置，因此，对预制大跨度楼板的开洞进行研究具有实际意义。
3.4 复杂形体的构件分割
在预制大跨度楼板的设计阶段，设计人员需对楼层平面内的楼板进行标准化分割。那么，当建筑物的体型较为复杂时，如何对大跨度楼板施行标准化分割，从而实现在确保楼板使用性能的同时兼顾构件生产的经济性和方便性，也是需要研究的内容之一。
3.5 楼板吊装、运输
大跨度预制楼板或叠合楼板的底板在工厂内完成制作，运至现场进行拼接安装。预制楼板在跨度增加的同时必然伴随着重量的增长，这将给吊装、运输工作带来巨大的挑战，尤其是预制大跨度叠合楼板的预制底板相对较薄，极易在吊装、运输过程中发生损坏，因此，解决预制大跨度楼板的吊装、运输问题，确保预制大跨度楼板在吊装、运输过程中的完整性，是预制大跨度楼板技术推广应用的需要。
4、结语
本文在大量调研的基础上，结合实际工程经验，对国内预制大跨度混凝土楼板技术进行归纳整理，主要进行了以下工作：1）对国内预制混凝土楼板技术展开调研，在了解各类预制楼板特点的基础上，对预制混凝土楼板进行分类。2）归纳出现有的预制大跨度楼板类型，针对其特点展开介绍，并指出它们在应用和发展中存在的不足。3）在广泛调研的基础上，结合实际工程经验，总结出发展预制大跨度混凝土楼板技术亟需解决的几个关键性问题。
参考文献：
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[9]109SG432-2预应力混凝土双T板（平板，宽度2.0m、2.4m、3.0m）[S]. 北京：中国建筑科学研究院，2009.
[10]08SG432-3预应力混凝土双T板（坡板 宽度3.0m）[S]. 北京：中国建筑科学研究院，2008.
论文作者:许周长,尹长剑
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/13
标签：楼板论文; 叠合论文; 混凝土论文; 预应力论文; 大跨度论文; 底板论文; 跨度论文; 《建筑细部》2019年第14期论文;