新型单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖结构体系开发及其在灾后重建中的应用

摘要：汶川地震导致大量装配式的预制砖混结构房屋倒塌，伤亡惨重。灾后恢复重建中，预制板装配式楼盖抗震性能差，现浇楼盖建造速度慢，其它楼盖也存在造价高等缺点。新型楼盖(新型单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖)以预制薄板(预制预应力混凝土带肋薄板)为底板，在板肋预留孔中布设横向穿孔钢筋，以及在底板拼缝处布置折线形抗裂钢筋，再浇注混凝土叠合层形成双向叠合板。为适应复杂荷载条件，对新型楼盖结构体系进行了开拓与发展。结合灾区重建工程实例，对新型楼盖进行技术经济分析，得到了新型楼盖具有良好的技术经济性能的结论。

关键词：叠合板；预制混凝土；带肋薄板；肋上开孔；灾后重建

中图分类号：TU378.8

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)07-0132-04

1 前言

汶川地震导致大量装配式的预制砖混结构房屋倒塌，伤亡惨重，预制装配式结构已被限制使用。由于这次震后重建工作任务重、时间紧、要求高，房屋建筑楼盖仅仅采用现浇结构，远不能满足灾区震后重建的要求。因此，有必要对目前常用的楼盖体系所存在的问题进行分析，选择经济合理、施工快捷、结构可靠的楼盖体系。新型单向预应力双向配筋混凝土叠合楼盖(以下简称新型楼盖)具有整体性好、抗震性好、抗裂性好、施工方便等优点，适合于震后重建的要求。为适应复杂荷载条件，对新型楼盖的结构体系进行了开拓与发展。结合灾区重建工程实例，对新型楼盖进行技术经济分析，得到了新型楼盖具有良好的技术经济性能的结论。

2　震后重建中常用楼盅盖存在的问题

在震后重建中，应当对现有楼盖体系进行分析，选择抗震性能好、施工速度快、经济效益好的适合于震后重建的楼盖体系。

2.1预制装配式混凝土楼盖：这种板的主要优点是产业化程度很高、经济效益好、施工方便且建造速度快。但这类板整体性、抗震性、抗裂性和抗渗性均较差，地震中容易引起坠落伤人。四川省建设厅从2003年起在《关于在民用建筑中禁止使用混凝土预制板的通知》(川建科发[2003]323号)已限制这类板的使用。此次地震后，甘肃省建设厅、省抗震办公室制订的《关于加强“5.12”汶川地震后我省城乡规划编制及房屋建筑和市政基础设施抗震设防工作的意见》规定：为实现“大震不倒”的抗震设防目标，3层及以上的多层中小学和幼儿园建筑，医院和乡村卫生院的诊疗建筑，社会福利院的居住建筑，楼(屋)面均应采用整体性较好的现浇钢筋混凝土板，不得采用钢筋混凝土预制板；其他建筑采用钢筋混凝土预制板时，采用设置不少于40mm厚的现浇钢筋混凝土叠合层的整体式构造。

2.2现浇混凝土楼盖：均需要满堂脚手架，整体支模，模板用量大，施工速度慢，且易产生温度收缩裂缝，不便于产业化生产，经济效益差。

2.3压型钢板－混凝土组合楼盖：在压型钢板上绑扎钢筋后再浇注混凝土面层。压型钢板兼做永久性模板，跨度较小时，可不设临时支撑。该类板广泛用于钢结构，具有整体性好、施工速度较快、抗裂性好等优点，但造价太高，而且需要进行特殊的防火、防锈处理。

2.4传统装配整体式钢筋混凝土楼盖：又称为叠合楼盖，是在底部采用预制混凝土板件，上部叠合现浇混凝土，共同形成整体的结构。与预制装配式混凝土楼板比较，叠合板刚度大、整体性好、抗震性能优越，与现浇楼板比较，叠合板具有节省三材、施工简便且能缩短工期等优点，发展这种结构符合国家土地资源政策、环保政策和可持续发展战略。但传统叠合楼盖采用预制混凝土实心平板作为底板，这种底板为不带肋预制板件，在运输及施工过程中易折断，预应力反拱值难以控制，施工过程中需设支撑、施工工艺复杂。尤其是在垂直于预制底板板长方向无受力钢筋，混凝土叠合板只能按单向板设计，垂直于预制底板板长方向的抗裂性不好。我国现行国家标准《叠合板用预应力混凝土底板》GB／T]6727―2007、国家建筑标准设计《预应力混凝土叠合板》06SG439中叠合板预制部分均为平板，施工时需设置支撑，不宜双向配筋，自重大，降低了这种结构的经济效果，影响了其推广使用。

2　新型楼盖结构体系

2.1新型楼盖概述

新型楼盖以预制预应力混凝土带肋薄板(以下简称预制薄板)为底板，在板肋预留孔中布设横向穿孔钢筋，以及在底板拼缝处布置折线形抗裂钢筋，再浇注混凝土叠合层形成双向叠合板。预制薄板结构如图1所示，新型楼盖结构如图2所示。

2.2新型楼盖主要特点

(1)不需模板，节约材料，提高了施工效率。

(2)预制薄板带肋，提高了薄板的刚度和承载力，预制薄板可承受施工荷载，施工中不需设置支撑；同时增加了预制薄板与叠合层的粘结力，且能将底板变得更薄，减轻自重。

(3)预制薄板带肋，增大了新老混凝土的接触面积，肋内预留孔洞后浇混凝土与肋形成“销栓”效应，增大了机械咬合力，有效提高了叠合面的抗剪性能，采用自然粗糙面就能保证叠合板的共同工作性能。

(4)在突出的板肋与底板交界处预留孔洞，无需在预制板件中配置两侧伸出的横向钢筋，而可根据设计在预留孔洞内布设横向穿孔钢筋实现双向配筋叠合板，从而实现楼板的双向受力，改善了叠合板的受力性能。通过横向穿孔钢筋的传力使单向板变为双向板，传力更加合理，减少配筋。同时，肋内预留孔洞可减少预制薄板的反拱度，使板底平整；也提高了预制薄板与叠合层的咬合力。

(5)采用预应力技术，提高了预制薄板抗裂性和刚度。同时，在预制板拼缝处布置折线形抗裂钢筋，提高了楼板在拼缝处的抗裂性能和抗渗性能。

2.3预制薄板的规格及参数

为便于工业化生产和施工现场楼板拼装，将预制薄板作为产业化的产品，进行标准化、定型化，采用1种截面、2种标志宽度、13种标志跨度。截面形式如图3所示，两种标志宽度为400mm与500mm，预制薄板几何参数如表1和表2所示。预制薄板混凝土设计强度一般不低于C50，底板高强预应力螺旋肋钢丝受拉截面中心距板底17.5mm，张拉控制应力acon=0.6fptk，矩形肋内普通钢筋截面重心到上边缘距离为20mm。预制薄板底板厚度取30mm，肋端缺口长度取40mm。

3　新型楼盖结构体系开拓与发展

3.1预应力预制构件叠合梁结构体系

目前采用的叠合梁，其预制构件多采用矩形截面，自重较大，运输及吊装困难，影响了它的推广应用。故提出U形与倒T形预应力预制构件叠合梁两种新型结构形式，与预制薄板组成新型楼盖体系。目前常用的预制预应力叠合梁结构体系如图4所示。其中，倒T形叠合梁预制构件肋沿跨度方向的结构形式变化主要有三种：定截面肋、阶梯形变截面肋以及

弧形变截面肋，倒T形叠合梁预制构件箍筋形式主要有封闭与敞口两种形式，如图5所示。

3.2预制薄板结构体系开拓与发展

(1)为适应不同的楼盖跨度，预制薄板可设计为矩形肋预制薄板和T形肋预制薄板，如图6所示。矩形肋预制薄板，主要适用跨度为2.4m～6.0m，T形肋预制薄板，主要适用跨度为6.00m~9.0m。T形肋预制薄板不仅保证预制板件能满足施工阶段的运输、吊装要求和使用阶段承载力要求，且大大减轻了自重。具体改进思路为：a)将预制薄板的底板厚度由原来的30mm改为40mm，以防止底板预应力钢筋放张时由于局部压应力较大导致底板局部破坏；b)由于底板预应力钢筋配置较多，放张后预制薄板的预应力反拱值较大，因此将原有预制薄板的矩形肋改为“T”形肋。“T”形肋的翼缘宽度、高度及腹板的宽度、高度可根据叠合楼板的跨度和厚度进行调整，“T”形肋上预留矩形孔洞尺寸一般为110mm×25mm，孔洞净距90mm，同时翼缘内配置一定数量的普通钢筋；c)为了方便预制薄板的运输和吊装，预制薄板的两端均设置吊环，吊环采用HPB235级钢筋制作，吊环钢筋直径8mm，埋入混凝土内的长度为250mm；d)预制薄板的宽度仍然主要为400mm和500mm两种规格，也可根据实际情况增加板宽为600mm的规格；e)叠合后，叠合层混凝土比“T”形肋高出35mm，以保证板面负弯矩钢筋有足够的保护层厚度。

(2)按照肋数量的不同，预制薄板可设计为单肋与双肋两种形式。在相同标志宽度以及标志跨度情况下，为增大有效叠合面积以及增加有效孔洞混凝土“销栓”数量，提高叠合面抗剪性能以及适用于有振动作用下的楼盖，将单肋设计为双肋形式。

(3)为避免局部应力集中，使结构受力更加合理，可将肋内预留矩形孔洞设计为长弧形或其它形状。将预留孔洞周边形状设计成长弧形，可有效避免预制薄板在施工阶段荷载作用下的应力集中导致局部破坏的问题。同时，增大肋内孔洞尺寸可有效减小预应力反拱度。

(4)沿预制薄板板肋长度方向截面形式的不同，可将其设计为单矩形肋、弧形变截面肋、双折线变截面肋以及阶梯形截面肋。对于采用弧形变截面肋、双折线变截面肋以及阶梯形截面肋的预制薄板，可有效减小预应力反拱度以及施工阶段的跨中挠度变形，可适用于对楼板板底及板面平整度要求高的楼盖。

4 新型楼盖经济效益分析及其在灾后重建中的应用

4.1新型楼盖经济效益分析

湖南长沙南方职业技术学院教学楼采用新型楼盖结构体系。其中，预制板件为单矩形肋预制薄板。选择尺寸为10000mmx8100mm四边梁固支的教室楼盖进行技术经济效益分析，见表3所示。表3的分析不包括预制薄板制作和运输的费用，预制薄板的制作运输费用按20元／m2计算，则每平方米降低工程造价为39.2元／m2，节约楼板造价的1／3以上。由表3可以看出，采用新型楼盖结构，可以省去大量模板费用，降低钢材用量，现场湿作业减少，预制板件TU化取代了部分现场的工作量，人工投入减少，施工更简便，具有十分明显的经济效益。

4.2新型楼盖在灾后重建中的应用

本着服务灾区，帮助灾区人民恢复重建，香港福幼基金会联合湖南大学、兰州大学以及其它援助单位，在四川崇州市文江镇大坪村重建房工程中采用了新型楼盖结构，如图7所示。单栋重建房共两层，采用带构造柱一圈梁体系约束的砌体结构，墙体采用新型多功能混凝土空心砌块，楼盖采用新型楼盖。新型砌块采用干砌法施工，新型楼盖减少模板以及不设支撑，使缩短工期20％～30％。

此次大地震，甘肃陇南、甘南两地受灾十分严重。其中陇南市武都区柏林中心小学，几乎所有校舍成为危房。为此，兰州大学联合香港乐施会、甘肃省教育厅、甘肃省科技厅共同捐建武都区柏林中中心小学，该校教学楼共两层，建筑面积为1590.85m2。采用钢筋混凝土框架结构，楼盖采用新型楼盖结构。特别是在湖南对口援建理县灾后重建学校、医院项目第二标段，建筑面积31008m2，框架剪结构，四层，该工程由于采用了新型楼盖，比现浇楼板减少模板和支撑75％～80％，节省钢筋10％～30％，节省人工费用15％，有效缩短工期的1／5～1／3，节省楼板造价的1／5～1／4，同时还能减少建筑垃圾，降低能源消耗，具有良好的经济效益和社会效益。

5　结语

5.1表1、表2提供的预制薄板几何参数比较合理，可供工程设计时参考。

5.2在现有的楼盖形式中，预制板装配式楼盖抗震性能差，现浇楼盖建造速度慢，其它楼盖也存在造价高等缺点，新型楼盖解决了传统叠合楼盖存在的问题，适合于西部灾区震后重建的需要。

5.3新型楼盖采用高效预制预应力混凝土带肋薄板，可布设横向穿孔钢筋和在拼缝处布置折线形抗裂钢筋，实现双向受力。

5.4对预制薄板的结构体系进行开拓与发展，可适用于更加复杂荷载条件下的结构以及大跨结构。

5.5新型楼盖技术经济效益明显，在四川以及甘肃灾后重建工程中使用，将对类似的震后重建工程起到积极地推动作用。