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  行業知識  
 
SP預應力混凝土空心板及其在抗震設防地區的應用
 
 

導讀
本文發表于2005年9月《新型建筑材料》期刊。作者簡介如下:

劉麗萍,西安建筑科技大學

王德偉,陜西現代建筑設計研究院

郭華,西安建筑科技大學

引言

預應力混凝土空心板是我國工業與民用建筑中使用最為廣泛的承重構件,每年使用而積以億平方米計。受鋼材品種的限制,我國建筑業數十年來一直只能采用強度較低的冷拔低碳鋼絲或冷軋帶肋鋼筋作為空心板的預應力筋,與其相對應的混凝土強度也較低,一般為C20級,因而空心板的跨度和承載能力都受到限制,使用范圍小,難以適應現代建筑向大開間發展的需要。

我國從20世紀80年代后期開始供應較高強度的預應力鋼絲、鋼絞線。1995年后開始生產強度為1860MPa相當于美國270級)的鋼絞線,為生產高效預應力混凝土構件創造了條件。20世紀90年代初期全套引進美國SPANCRETE公司生產SP預應力混凝土空心板,以下簡稱SP空心板)的生產工藝和生產設備以后,我國開始批量生產最大跨度達18m的空心板,并開始進行實驗及檢驗研究。SP空心板性能優越,具有跨度大、承載能力高、抗震、防火、隔聲性能好,且板長在3.0~18.0m內可根據使用要求任意切割,滿足各種工業與民用建筑的使用要求,已被建設部科學技術司列為重大科學技術推廣項目,成為我國傳統樓板的換代產品,具有廣闊的應用前景。

1、SP空心板的生產

1.1  原材料

SP空心板采用混凝土強度等級為C40~C50的零塌落度細石混凝土,即干硬性混凝土其優點是比一般塌落度較大的混凝土的收縮和徐變值小。SP空心板主要采用低松馳預應力鋼絞線,1x7標準型,強度級別為1860MPa,直徑有Ø9.5,Ø11.1,Ø12.7mm3種;也可采用松馳預應力鋼絞線,1x3標準型,強度級別為1570MPa,直徑為Ø8.6mm。板縫是用強度不小于C20的細石混凝土或相應強度的水泥砂漿實,確保其整體剛度。

1.2  工藝流程

SP空心板生產線采用干硬式混凝土沖搗和擠壓成型工藝,可連續大批量疊加生產,不需設置模板,不需蒸汽養護,一次成型。SP空心板是在長線臺座上生產的,首先是將預應力鋼絞線布放在臺座上,按規定進行張拉。鋼絞線張拉完畢后,將擠壓成型機放到臺座上,該成型機一次完成以下幾個工序:澆注底板、板肋和而板混凝土;搗實混凝土;孔芯和板邊嵌鎖式鍵槽的成型及抹平后,擠壓成型機退出作業。底板、板肋和而板混凝土各有不同的配合比,由機械按設定的配合比自動控制,以保持穩定均勻的質量。擠壓成型機由升降式運料機或單軌運料斗補充混凝土,成型時保持穩定的速度。澆筑好后的空心板,在生產臺座上保持濕潤情況下養護一段時間,當達到一定強度后,可進行疊層生產,或進行切割,并將空心板移出生產臺座,然后移到露天堆放場地養護和干燥。

1.3  規格

SP空心板的標準寬度為1200mm,也可生產2400mm寬的板,在1200 mm范圍內可以生產多種寬度板。板的標準厚度分別為100,120,150,180,200,250,300和380mm,也可根據需要進行調整。板的長度可以根據設計任意切割,最長可達18m左右。

2、SP空心板的優點

(1)生產工藝先進,無需模板和蒸汽養護,可以疊層生產,生產效率高。

(2)與頂而后澆混凝土共同組成疊合結構,可增強樓板剛度,加大房屋結構整體性,擴大其適用范圍和經濟性。

(3)尺寸誤差小(僅在1.5mm內),外觀質量好。既可省去抹灰工序,又可避免頂板抹灰經常出現的不規則裂縫。

(4)樓板組合靈活,開洞方便,可滿足各種建筑平而的需要。特別是在大跨度建筑中,SP空心板可以簡化建筑結構,減少承重墻體和梁柱,降低建筑造價。

(5)樓板的孔洞可用作布置電線和水暖管道。

(6)國外的經驗證明,SP空心板的耐火極限最大可以達到4h。

(7)抗震性能好:在美國,有許多建筑商使用SP空心板在加利福尼亞州的地震帶上建造房屋。經過1989年美國舊金山地震和1992年洛杉磯地震,均無破壞裂縫。美國已在9度地震烈度區的拉芙端將SP空心板用于23層的建筑。日本神戶地區將其用于40層的建筑。在1995年1月的神戶大地震中,凡使用SP空心板的建筑物,基本上完好無損。以上資料充分證明,只要設計合理,構造得當,采用SP空心板可以做出抗震性能十分優越的建筑物。

(8)SP空心板吊裝速度快,吊上一塊板后,板本身即可成為工人操作平臺,施工方便,可全天候施工。SP空心板吊裝就位后,板縫間用水泥砂漿灌縫,板邊有一條縱向嵌鎖式鍵槽,一旦板縫間的鍵槽灌滿砂漿,并達到規定強度后,SP空心板即可起整體樓板作用,可以將樓板上的集中荷載分配到相鄰的板上。

(9)SP空心板既可作為樓板,也可作為屋而板、墻板使用。

3、SP空心板設計要點

SP空心板的初步選擇,一般是根據板的跨度、荷載和耐火時間,按板的允許荷載表選用。實際選用時,主要考慮以下一些因素:

3.1  跨厚比

美國預制/預應力混凝土協會(PCI)空心板設計手冊推薦跨度/板厚”比宜小于下列數值:屋而板50,樓板40。實際設計中,當防火、開洞或荷載不控制時,一般可用45。但在最后確定板型以前,還須考慮以下一些影響板厚的因素:樓而荷載的大小,例如質量大的隔墻或較大活荷載,一般需要較小的跨厚比;多而大的開洞需要提高板的承載能力;為了提高結構耐火時間,要加厚鋼絞線的混凝土保護層,往往也需要較小的跨厚比。一般SP空心板的經濟適用跨度為6~12.6m。

3.2  泄水孔

樓板長時間暴露在寒冷天氣條件下,SP空心板可能由于孔芯內的積水而受到損害。孔芯內的積水主要是在施工過程中從板端對接縫中進入,解決這個問題的一個辦法是在板端的空芯下部留繼水孔,是否留泄水孔,需由施工單位確定。

3.3  起拱

布置板時必須對板的起拱、撓度及其發展進行綜合考慮,特別是:不同跨度和不同方向的板引起的起拱差異;板而后澆混凝土對起拱的影響;起拱對門的影響等。

3.4  荷載選用

對SP空心板和SPD板(疊合SP空心板),當板而為均布荷載時,可根據標準圖集中的板允許荷載表選用。選用時,板而荷載需同時滿足荷載表中的3種允許均布荷載值。

3.5  疊合層的選用

當板頂現澆混凝土層作為組合結構考慮時,現澆混凝土層的最小厚度為50~60mm。現澆而層增加了剛度,并易于在不規則和有大孔洞的平而中布置連續性連接節點,但是,在地震區,現澆混凝土層也增大了設計地震力。因此,對強地震區的不規則物大跨高比的隔板,考慮加現澆混凝土層,其余視工程現況作出合理選擇。有學者根據SP空心板與以往預制空心板接縫構造的不同,認為應盡量減薄或取消疊合層。

4、工程設計實例

SP空心板在我國應用時間不長,尚處于技術推廣階段,在西北地區工程應用實例較少。為了充分發揮新技術的經濟效益,本文作者在西北農林科技大學中心圖書館設計中嘗試采用SP空心板。

4.1  工程概況

西北農林科技大學中心圖書館位于陜西省楊凌農業示范區(7度抗震設防),是一個大型的藏閱結合的建筑物,為4層框架結構,長146.96m,寬36m,建筑物總高度18.6m,總而積達1.6萬,功能齊全,設施先進。內部平而布置上有許多大跨開放式閱覽區。該建筑物平而布局中軸線尺寸雖然很規整,但由于框架梁與框架柱并不能保證中心重合,許多處存在梁柱外平、軸跨尺寸零亂的情況,跨度有7.6 , 7.7 , 7.8,7.9 m及3.6~4.2m多種,適合SP空心板的應用范圍。初步布置預制大板,板寬有1.2,1.1,0.95,0.8 m等不同規格,除1.2 m為標準規格外,其它板寬利用SP空心板在一定范圍內可隨意切割的優點而裁出。

4.2  SPD板設計簡介

由于圖書館內部有5個大的采光中廳,為了增強建筑物的整體剛度,協同工作性能,也為了提高抗震性能,選擇了有疊合層的SPD板,通過荷載計算選擇的板型為SPD18A8410,SPD18A7810,SPD10D12,所需非標準板型均由這3種板型切割到所需寬度及跨度。

在設計中,采用傳統全現澆的方案與局部現澆局部預制板加疊合層的方案,在計算模型的適用上是一致的,主要還是控制最大層間位移及薄弱層驗算應符合規范的要求。

計算結果表明,SP空心板是適用的,計算結果完全符合規范的要求。但在施工圖中對于SP空心板板端連接仍采取一定的加強措施,如板縫加筋等,使之與主體框架連成一體共同作用。

4.3  構造措施

    SPD板與梁的連接示意見圖1。


表1  SPD板與梁的連接示意

為了保證SP空心板與主體框架的整體協調工作能力,板面在設置了整澆層后,仍需在板端設置板縫加筋,拉錨鋼筋直徑8mm,間距1.2m,一般設在板縫處,伸入板縫內1m長,需要時也可設在孔芯內,但需預先開槽。另采用后澆層方案時,板頂應處理成粗糙而;后澆混凝土時,應保證板頂而清潔和濕潤狀態。混凝土應振搗密實,并注意養護。

4.4  經濟與技術特點

使用SP空心板后,樓層可大量減少次梁的設置,使混凝土澆注量及模板支護工作量大大減少,對于跨度較大處,施工中僅需按標準圖要求在板的適當位置設置臨時支撐。與采用傳統整體現澆方案相比,即使在增加整澆層后,總體每平方米造價仍要低10%左右,但其技術先進性及環保節能方而都要優于傳統方法。

5、結語

本工程現已交付業主使用。過設計及施工過程中與業主、監理、施工單位、生產廠家的多次溝通,SP空心板的優點及經濟性最終得到了各方認同。

SP空心板的應用前景非常廣闊,有著明顯的技術、經濟優勢。隨著設計人員及業主對SP空心板的逐步了解,其應用前景將更廣闊。


 

 

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