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岩土研究院

预应力混凝土双T板的应用及相关技术问题

96 2024-01-24 20:14:36

1 概述

装配式混凝土结构(以下简称“装配式结构”)的应用形式主要为:应用预制空心楼板的传统砖混结构、传统装配式框架结构、采用新型钢筋连接形式的框架(或剪力墙)结构、工业及公共建筑成套结构体系、预制混凝土外墙挂板,等等。预制屋架、屋面梁、屋面板组成了我国传统的工业建筑成套体系,有成熟的工程经验和系统的标准设计图集。但随着工程建设需要的多样化要求和工程质量要求不断提高,屋架、屋面板体系的弊端也不断显现,如跨度布置不灵活、经济性较差以及屋面板耐久性差等。随着上世纪90年代传统预制行业的发展低潮,屋架、屋面板体系在新建工业厂房中的应用比例也在不断降低。

近年来,装配式结构在我国有了较快速度的发展,主要体现在新型装配式住宅建筑和工业及公共建筑两个方面。除传统的屋架、屋面板体系外,双T板、空心板、雁形板、拱板等预应力构件都有不同发展,相对于西南地区应用较多的雁形板(如图1)和粮库建筑中应用较多的拱板(图2),预应力混凝土双T板、空心板应用范围更广。预应力空心板多用于小跨度建筑的楼面板、屋面板,而跨度12m以上的工业建筑及公共建筑,则大多采用预应力双T板(以下简称“双T板”)。本文主要介绍我国预应力混凝土双T板应用情况及相关技术问题。

2 双T板工程应用情况

预应力混凝土双T板(Prestressed Concrete Double Tee)的命名主要依据为其断面呈两个“T”形,由受压面板和两个肋梁组成(图3)。双T板受力断面经济合理,截面有效高度(内力臂)大且混凝土用量少,方便使用高强预应力钢筋和高强混凝土,是目前国际上最为广泛使用的预应力混凝土板类预制构件。

图3 双T板断面

美国是双T板应用最多的国家,在各种建筑类型的公共建筑中有广泛的应用,特别是大多数汽车停车库均采用了双T板(图4),而且双T板停车库还编制有定型的图纸和专门的设计手册。

图5 我国双T板应用示例

上世纪七十年代,在我国双T板主要用于电力、油田工程中,并由内蒙古电力勘测设计院编制了标准设计图集CG432。当时双T板的最大应用跨度为9m,均为平板,且应用范围较小。从上世纪90年代末至今,黑龙江大庆地区逐渐将双T板推广到工业厂房的屋面板中应用,并开发了符合中国国情的双坡形双T板。在新一轮推广双T板的过程中,大庆油田向全国输出了技术、人才和管理,双T板应用从北至南,在全国范围内得到了较为广泛的应用。目前,全国已有双T板生产企业200家以上,其中山东、江苏两省最多(每个地级市均有多家)。我国的双T板目前主要用于各种工业厂房,并在一些公共建筑中有所应用,而且主要用作屋面板,部分工程中也有作为楼面板使用(图5)。我国与美国在双T板应用方面的主要不同点如表1,从表中既可看到我国双T板应用的特色,也可看到美国双T板发展对我国的借鉴意义。

表1 美国和中国双T板应用的不同之处

我国能够成功推广双T板,其成功经验主要有:

(1)双T板本身有诸多技术优点,如经济性好、耐久性好、承载力高、承载可靠、施工方便等;

(2)在双T板推广过程中,生产单位、设计单位、研究单位各方配合紧密,及时解决推广应用中的技术问题,及时编制省级图集和国标图集;

(3)生产技术不断改进,自承力模具的开发解决了移动场地生产双T板的关键技术问题,并开发了我国独有的配置高强螺旋肋钢丝双T板;

(4)与管桩行业类似,企业大部分均为专业化生产双T板的民营企业,机制灵活,发展速度快。

3 国标图集SG432

标准图集是推广预制混凝土构件的依据。在我国双T板近十多年的推广过程中,先后有黑龙江、东北地区、辽宁、天津、江苏、山东、河北等地编制了地方图集。在各地方图集及工程应用经验的基础上,国家标准设计图集《预应力混凝土双T板》SG432(本文简称“国标图集SG432”)于06年立项,由中国建筑科学研究院、同济大学会同中国工程建设标准化协会混凝土结构专业委员会及国内主要双T板生产企业联合完成了编制,共有3册,其封面如图6所示,各图集概况见表2。目前,SG432系列国标图集已成为我国双T板工程应用的主要依据。

图6 国标图集SG432封面

表2 国标图集SG432内容概要

国标图集SG432主要包括总说明、选用表格、构件模板图及配筋图、构造详图等几部分,主要技术要点如下:

(1)图集为采用先张法工艺生产的预应力混凝土双T平板施工图,适用于非抗震设计及抗震设防烈度不大于8度的地区。当环境类别、耐火等级超出图集规定,或需做振动验算的屋面板、楼层板,需要单独进行设计。

(2)相对于钢结构工业厂房,混凝土结构双T板具有承载可靠、耐久性好等优点。混凝土构件的耐久性某些情况优于轻钢结构,但也不是不存在耐久性问题。对于超过图集规定的环境条件下,特别是工业腐蚀条件下,必须按相关规范规定进行工业防护,特别恶劣条件不建议使用。

(3)图集中构造详图应该特别予以重视(包括了板端连接、屋面安装构造及抗震构造等)。屋面抗震构造是保证屋面整体性的重要措施,工程中普遍重视不够,设计、审图人员应特别要求按图集选用,并在参与工程的过程中进一步关注、强调。

(4)对于板端连接,图集说明中及附图中给出的连接方式(根据不同抗震等级、不同跨度给出了焊接、机械连接方式的要求及焊缝要求,如表3)应严格执行。

表3 双T平板肋梁两端连接构造

(5)设计人员确定双T板荷载作用后,按图集限值要求选用板型。设计图纸中除了选用板型和要求按标准图施工外,关键问题设计应该重复强调。

(6)对于荷载限值不满足或非标跨度的双T板,可由有关单位单独设计双T板,计算过程应符合本图集及国家现行有关标准的规定。

(7)楼板开洞,按图集要求,设计时一次考虑,避免二次开洞。开洞双T板也有单独的构造,应按图集要求增加厚度、增加埋件。应在构件制作时进行开洞加工、切割。切割非标准宽度双T平板时,不应伤及肋梁。

(8)预埋件是保证安装连接整体性的重要措施,构件制作时应特别注意其质量。

(9)双T板的吊装是很重要的过程,直接影响双T板质量和现场施工安全,应按图集要求设置吊钩。特别注意,如要求设置8个吊钩时,但吊装过程中存在仅4个吊钩受力的情况,则应按4个吊钩选用吊钩直径。

(10)现场安装连接中,施工单位应该按照设计图纸及图集要求留好现浇结构上的预埋件,做好安装后连接施工。支座焊接应符合质量要求,施工顺序按图集操作。横向双T板预埋件M-2是保证双T板屋盖整体性的关键(如图7),必须按图集操作。

(11)双T板的外观质量不应有严重缺陷,且不宜有一般缺陷。外观质量缺陷可由监理(建设)单位、施工单位、生产单位等各方根据其对结构性能和使用功能影响的严重程度,按国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002[4]表8.1.1确定。对已经出现的缺陷,应按施工技术方案进行处理,并重新检查验收。

(12)双T板是作为混凝土预制构件进入施工现场的。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002[4]的有关规定,预制混凝土构件的合格依据为结构性能检验。虽然GB 50204-2002中对大型预制构件,提出采取加强材料和制作质量措施时,可不作结构性能检验。但考虑到生产双T板多为专业生产企业,建议按规定进行结构性能检验。

(13)作为预制构件“商品”的双T板,生产单位应提供出厂合格证和有代表性的结构性能检验报告,并以此作为构件合格的依据。在内控方面,构件生产企业应做好双T板生产所用材料的检验。主要包括钢筋、混凝土(标养、同条件试件)、外加剂等,均按相关标准规定的频次进行即可,有试验室条件的生产企业可自行进行,无条件的应该送检。

4 进一步推广应用双T板的相关事宜

我国的双T板应用在地域和建筑类型两个方面均有一定的扩大应用空间,为做好进一步推广应用双T板的工作,需要解决下列问题:

(1) 修订国标图集SG432。根据工程实践经验和最新研究成果,有必要系统修订国标图集SG432,可将3本图集合并为1本。现有国标图集的编制受到了已有模具尺寸的影响,在双坡板坡度、肋梁宽度、预应力筋布置、端部抗裂构造方式等方面仍不尽合理,在今后的图集修订过程中可考虑进一步修正:作屋面板使用的双T板肋梁宽度可取为100mm(跨度18m以下)和120mm(21m、24m),做楼层板使用的双T板肋梁宽度应为120mm;双坡板考虑排水需要,可进行适当调整。但以上调整仍需考虑老模具继续使用的问题,需要在图集修订中充分考虑。

(2)编制《预应力混凝土双T板》产品标准。为解决双T板设计、生产控制、进场验收中的种种问题(板面裂缝允许宽度、外观尺寸偏差、强度合格评定要求、构件结构性能检验周期及检验方法等),有必要编制与国家标准《预应力混凝土空心板》GB/T 14040类似的产品标准,以解决技术问题,规范行业发展。

(3) 加强新结构应用体系的研究与推广工作。通过研究解决多层框排架设计、倒T形梁(倒L形梁)设计、车库建筑双T板布置、带后浇叠合层双T板构造等相关技术问题。加强在多层厂房、多层车库、地下车库中推广双T板的力度,争取尽早进行试点工程应用。

(4)其他辅助、完善工作。除标准图集外,根据应用需要,可考虑编制专业应用技术规程或在通用规范中增加相关技术内容,协调相关设计软件考虑双T板应用等工作。

(5)规范行业发展、加强质量控制。行业内的双T板生产企业技术水平仍不均衡,无序竞争情况仍然存在。从行业发展的角度,应加强行业内企业的质量控制,以为进一步推广应用提供可靠的基础。

5 结语

预应力预应力双T板在我国的推广应用已取得了一定的成绩和效果,但仍有很大的发展空间,整个行业今后需要做的工作还很多。相信在大家的努力下,双T板应用定会不断发展,与整个预制混凝土行业一同迎来新的明天。



本文发表于《第二届建筑工业化技术论坛》会刊,2012年4月,深圳。

作者:王晓锋,中国建筑科学研究院标准规范处副处长、研究员;赵勇,同济大学副教授;高志强,中国建筑标准设计研究院副总工、高级工程师。