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装配式建筑:基于免撑的大跨度叠合板的装配式结构分析

发布于:2023-11-28 10:45:28 来自:装配式建筑/装配式施工 [复制转发]


混凝土叠合楼板技术是指将楼板沿厚度方向分成两部分,底部是预制底板,上部后浇混凝土叠合层。配置底部钢筋的预制底板作为楼板的一部分,在施工阶段作为后浇混凝土叠合层的模板承受荷载,与后浇混凝土层形成整体的叠合混凝土构件。


叠合楼板(预制板部分),《装配式混凝土结构技术规程》 JGJ1-2014中对叠合楼板做出如下规定:

1.预制板与后浇混凝土叠合层之间的结合面应设置粗糙面。粗糙面的面积不宜小于结合面的80%,预制板的粗糙面凹凸深度不应小于4mm。

2.预制构件纵向钢筋宜在后浇混凝土内直线锚固,当直线锚固长度不足时,可采用弯折、机械锚固方式,并应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢筋锚固板应用技术规程》JGJ256的规定。

3.叠合板应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010进行设计,并应符合下列规定:

(1)叠合板的预制板厚度不宜小于60mm,后浇混凝土叠合层厚度不应小于60mm;

(2)当叠合板的预制板采用空心板时,板端空腔应封堵;

(3)跨度大于3m的,宜采用桁架钢筋混凝土叠合板;

(4)跨度大于6m的叠合板,宜采用预应力混凝土预制板;

(5)板厚大于180mm的叠合板,宜采用混凝土空心板。

4.叠合板可根据预制板接缝构造、支座构造、长宽比按单向板或双向板设计。当预制板之间采用分离式接缝(图6.6.3a)时,宜按单向板设计。对长宽比不大于3的四边支撑叠合板,当其预制板之间采用整体式接缝(图6.6.3b)或无接缝(图6.6.3c)时,可按双向板设计。

 

5.叠合板支座处的纵向钢筋应符合下列规定:

(1)板端支座处,预制板内的纵向受力钢筋宜从板端伸出并锚入支承梁或墙的后浇混凝土中,锚入长度不应小于5d(d为纵向受力钢筋直径),且宜伸过支座中心线(图6.6.4a)

(2)单向叠合板的板侧支座处,当预制板内的板底分布钢筋伸入支承梁或墙的后浇混凝土中时,应符合本条第(1)款的要求;当板底分布钢筋不伸入支座时,宜在紧邻预制板顶面的后浇混凝土叠合层中设置附加钢筋,附加钢筋截面面积不宜小于预制板内同向分布钢筋面积,间距不宜大于600mm,在板的后浇混凝土叠合层内的锚固长度不应小于15d,在支座内锚固长度不应小于15d(d为附近钢筋直径)且宜伸过支座中心线(图6.6.4b)

 

6.单向叠合板板侧的分离式接缝宜配置附加钢筋(图6.6.5),并应符合下列规定:

(1)接缝处紧邻预制板顶面宜设置垂直于板缝的附加钢筋,附加钢筋伸入两侧后浇混凝土叠合层的锚固长度不应小于15d(d为附加钢筋直径);

(2)附加钢筋截面面积不宜小于预制板中该方向钢筋面积,钢筋直径不宜小于6mm、间距不宜大于250mm。

 

7.双向叠合板板侧的整体式接缝宜设置在叠合板的次要受力方向上且宜避开最大弯矩截面。接缝可采用后浇带形式,并应符合下列规定:

(1)后浇带宽度不宜小于200mm;

(2)后浇带两侧板底纵向受力钢筋可在后浇带中焊接、搭接连接、弯折锚固;

(3)当后浇带两侧板底纵向受力钢筋在后浇带中弯折锚固时(图6.6.6),应符合下列规定:

1)叠合板厚度不应小于10d,且不应小于120mm(d为弯折钢筋直径的较大值);

2)接缝处预制板侧伸出的纵向受力钢筋应在后浇混凝土叠合层内锚固,且锚固长度不应小于la;两侧钢筋在接缝处重叠的长度不应小于10d。钢筋弯折角度不应大于30度,弯折处沿接缝方向应配置不少于两跟通长构造钢筋,且直径不应小于该方向预制板内钢筋直径。

 

8.桁架钢筋混凝土叠合板应满足下列要求:

(1)桁架钢筋应沿主要受力方向布置;

(2)桁架钢筋距板边不应大于300mm,间距不宜大于600mm;

(3)桁架钢筋弦杆钢筋直径不宜小于8mm,腹杆钢筋直径不应小于4mm;

(4)桁架钢筋弦杆混凝土保护层厚度不应小于15mm。

9.当未设置桁架钢筋时,在下列情况下,叠合板的预制板与后浇混凝土叠合层之间应设置抗剪构造钢筋:

(1)单向叠合板跨度大于4.0m时,距支座1/4跨度范围内;

(2)双向叠合板短向跨度大于4.0m时,距四边支座1/4短跨范围内;

(3)悬挑叠合板;

(4)悬挑板的上部纵向受力钢筋在相邻叠合板的后浇混凝土锚固范围内。

10.叠合板的预制板与后浇混凝土叠合层之间设置的抗剪构造钢筋应符合下列规定:

(1)抗剪构造钢筋宜采用马镫形状,间距不宜大于400mm,钢筋直径d不应小于6mm;

(2)马镫钢筋宜伸到叠合板上下部纵向钢筋处,预埋在预制板内的总长度不应小于15d,水平段长度不应小于50mm。


一般情况下,传统叠合板的免撑跨度一般为1.5m~2m,一些新型叠合板的免撑跨度也可以做到3m左右。近年来推出的PH免撑板(钢管腹杆桁架预应力叠合板),其130mm厚度的叠合板免撑跨度达到了4.5m。 我们来看看当叠合板免撑跨度达到4.5m后,会给装配式结构带来哪些变化?



大跨度结构板的优势

1.1 显著减少措施费


PH免撑板板技术在现代建筑中的应用显著降低了工程措施费用,特别是在工地成本控制方面带来了革命性的改变。这种技术的核心优势在于实现了工地的无撑施工,这意味着在建造过程中不再需要传统的支撑系统。

1.2 减少建筑层高/增加室内净高


房间内的净高,如果有次梁,取决于房间内次梁底部的空间高度,如果没有次梁,则是板底的空间高度。对于办公、酒店、宿舍这类建筑,房间的典型轴网为8.4m,典型开间为4.2m。如果采用传统叠合板,如果要实现免支撑,则需要在房间内再设置两道次梁,这样就减少了室内净高。


如果无需次梁,那么室内净高就增加了300mm。同理,对于相同的室内净高,则可以减少300mm的层高,柱子短了、外墙矮了,地震力小了,成本自然就大幅节省了。


   
   


1.3 大量减少人工,显著缩短工期


临时支撑的取消大幅度减少了施工过程中对脚手架和模板的人工需求。搭建和拆除脚手架以及模板安装属于劳动密集型活动,需要耗费大量人工,同时还延长了整个工程的施工周期。免撑可以确保施工团队能够集中精力于其他技术性更高的安装工作,大量节约了人工成本。同时无需等待拆模工序,工人的需求的减少,也相应减轻了现场管理的负担,进一步提高了施工效率。


1.4 工地干净整洁,装配式建筑该有的样子出来了


免撑的施工技术意味着工地能够更加干净整洁,这不仅仅是现场管理优良的体现,更是建筑行业文明施工的标志。在这样的环境下,施工团队可以不受阻碍地进行隔墙建设、内部装饰和其他后期工作,大大提高了施工效率。早期介入的装修工程不仅优化了时间线,还减少了因施工阶段切换而导致的材料和人力浪费。

     

     
     

     

     
     

     
     


1.5. 造价低于现浇


装配式建筑的成本效益正逐步显现其真正价值,因为与传统的现浇方法相比,预制构件不仅大幅缩短了工期,而且还降低了造价。这种经济上的优势意味着即便在没有国家政策的情况下,装配式建筑也具有自然的市场竞争力,并有望逐渐取代现浇结构成为主流。


成本在建筑业中一直是决定性的考量因素,装配式建筑通过其高效的工艺和节约的资源使用,提供了降低成本的可能性,预示着行业拐点的到来,这种转变不仅仅是技术上的创新,更是市场驱动下的经济决策,预示着装配式结构在未来建筑市场中的普及和成熟。


     
原配筋图

     
     
PH楼盖方案梁配筋

     
     
预制构件示意图

     
     
图例说明一览表

     


可以得出结论,超级楼盖相对传统方案节省造价约132元/m2,比例达到27.8%。


在传统的建筑结构中,钢梁和次梁是构成楼板和屋顶支撑系统的关键元素。它们分别承担主要荷载和次要荷载,通常需要以较密集的间距布置来保证结构的稳定性和安全性。钢梁提供主要的承载力,而次梁则连接主梁,以支持楼板和屋顶的结构面。


通过免撑跨度的增加,能够减少需要支撑的点数。因此,一个设计上需要大量钢梁和次梁以确保跨度和荷载要求的系统,可以通过采用更大跨度结构板来优化,减少钢梁或次梁的数量。

假设一个传统楼板设计需要每隔3米放置一根次梁,而次梁又需放在每隔6米的主钢梁上。在这种设计中,一个12米x 18米的区域需要4根主钢梁和数十根次梁。若采用PH免撑板,则可以去除中间支撑而跨越更大的空间,可能仅需要沿外围放置主钢梁,从而省去了所有的次梁。


1.7. 环境友好及可持续发展


在可持续性方面,建筑效能的提升有助于减少温室气体排放,降低建筑的环境影响。长期来看,这些措施不仅为建筑业主节约了运营成本,而且对打造更加宜居和环境友好的城市环境贡献巨大。


结论拐点到来


大跨度免撑结构板技术使得建筑空间变得更加灵活与广阔,不受传统支撑结构的限制,在生产与安装过程中,这种技术以其高效率和精确度,大幅缩短了建设时间,降低了技术复杂性和劳动力要求。这不仅确保了工程质量,还实现了资源的高效利用和施工安全性的提升。


此外,这一技术还通过优化室内光线和通风,显著提升了建筑的能源效率和居住舒适度。它所倡导的是一种与自然环境和谐共存的建筑理念,通过减少能耗和提高能源回收利用,为城市的可持续发展作出贡献。这种技术的应用预示着未来城市建筑向更高效、智能化、环境友好型方向的转变,为人类社会的生态文明建设开辟了新的道路。


叠合板及现浇板使用范围

(1)《装标》5.5.2条规定高层装配整体式砼结构中,楼盖应符合下列规定:

①结构转换层和作为上部结构嵌固部位的楼层宜采用现浇楼盖;

②屋面层和平面受力复杂的楼层宜采用现浇楼盖,当采用叠合楼盖时,楼板的后浇混凝土叠合层厚度不应小于100mm,且后浇层内应采用双向通长配筋,钢筋直径不宜小于8mn,间宜大于加200mm。

(2)行业标准《装规》6.6.1条规定:装配整体式结构的楼盖宜采用叠合楼盖。结构转换层、平面复杂或开洞较大的楼层、作为上都结构嵌固部位的地下室楼层宜采用现浇楼盖。

(3)一般采用现浇楼盖的部位:

①通过管线较多的楼板,如电梯间、前室。

②局部下沉的不规则楼板,如卫生间。

③规范规定的其他应(宜)采用现浇楼板的部位,如筒体结构楼盖外角宜采用现浇楼板。

④卫生间考虑防水及预留预埋较多,在装配率计算允许的情况下尽量采用现浇楼板,若采用叠合板最好为一整块叠合板。

叠合楼板设计内容及规范要求

1 《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014

6.6.2 叠合板应按《混凝土结构设计规范》设计,并应符合下列规定:

①叠合板的预制板厚度不宜小于60mm,后浇混凝土叠合层厚度不应小于60mm;

(注:叠合板图集中现浇层最小为70mm,便于电气管线施工)。

②当叠合板的预制板采用空心板时,板端空腔应封堵;

③跨度大于3m的叠合板,宜采用桁架钢筋混凝土叠合板;

④跨度大于6m的叠合板,宜采用预应力混凝土预制板;

⑤板厚大于180mm的叠合板,宜采用混凝土空心板。

6.5.5 预制构件与后浇混凝土、灌浆料、坐浆材料的结合面应设置粗糙面、键槽,并应符合下列下列规定:

1预制板与后浇混凝土叠合层之间的结合面应设置粗糙面。

粗糙面的面积不宜小于结合面的80%。

   
 

2 叠合板设计内容

①板厚的选取。

预制底板通常取60mm;叠合层厚度:按国标图集及山东省图集取70mm、80mm、90mm、100mm,其中100mm用于屋面等部位,对于住宅阳台等无管线部位后浇层可取为60mm。

②配筋计算与现浇板计算方式相同,最小配筋率按0.15和45ft/fy最大值选用,穿越后浇带的钢筋直径宜选8。

③桁架钢筋的布置。桁架钢筋的高度为叠合楼板厚度减60mm。

④预制层与现浇层抗剪验算。

⑤吊点设计。

⑥预制层预留预埋。

单向板、双向板及构造要求

1 单双向板

《装规》6.6.3规定:当预制板之间采用分离式接缝时,宜按单向板设计。对长宽比不大于3的四边支撑叠合板,当预制板之间采用整体式接缝或无接缝时,可按双向板计算。

密拼连接方式:适用于叠合楼板单向板与板之间,接缝处容易出现裂缝;

整体式接缝:一种情况是双向板之间连接使用,另一种情况是为了避免裂缝而采用后浇带的连接方式。

对于住宅(不做吊顶)不宜选用密拼单向板,公建如停车楼等对裂缝要求不高的建筑及做吊顶的建筑可以选用密拼单向板。

对梁刚度贡献的区别:预制板之间采用整体式接缝,则考虑预制楼板整体对梁刚度贡献,若预制板之间接缝不连接,仅考虑现浇部分对楼面梁刚度的贡献。

2 单双向板构造

叠合板侧边上侧宜做成45度倒角,为了避免后浇混凝土转角部位应力集中(密拼板应做上倒角,以保证拼缝处钢筋保护层厚度)。单向板下部做成倒角是为了便于接缝处理,如采取吊顶,单向板下部倒角可以不做。

 

拆分原则及注意事项

①在板的次要受力方向拆分,也就是板缝应当垂直于板的长边;

②在板的受力小的部位分缝;

③尽可能统一或减少板的规格,宜取相同宽度。板的宽度不超过运输超宽的限制和工厂生产线模台宽度的限制;

(交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》限宽2.5米,叠合板宽度不宜大于2.4m(国标及山东省图集最大板宽,不含出筋),不应大于2.5m。预制板拆分越宽,接缝越少,标准化程度越低。叠合板底板长宽比不宜大于4)

④顶棚无吊顶时,板缝应避开灯具、接线盒或吊扇位置;

⑤卫生间考虑防水及预留预埋较多,宜做现浇,做叠合板时宜做成整板;

⑥预制楼板在剪力墙(梁)上的搭接长度为10mm,不宜大于15mm。考虑预制板和现浇部分共同抵抗剪力;

⑦双向板间后浇带宽度:按国标评价标准不宜大于300mm,按山东省标评价标准不宜大于350mm。

桁架

1 《装规》条文说明

桁架筋作用为增加预制板的整体刚度和水平界面的抗剪性能。

1 《装规》6.6.7

桁架钢筋混凝土叠合板应满足下列要求:

1 桁架钢筋应沿主要受力方向布置;(桁架筋应平行于预制板长边方向)

2 桁架钢筋距离板边不应大于300mm(指上弦钢筋中心到板边距离,可等于300),间距不宜大于600mm。

3 桁架钢筋弦杆钢筋直径不宜小于8mm,腹杆钢筋直径不应小于4mm。

4 桁架钢筋弦杆混凝土保护层厚度不应小于15mm。(桁架钢筋的高度为叠合楼板厚度减60mm。)

 
 

吊点设计

1 吊点设计原则

①受力合理、重心平衡;

②与钢筋和其他预埋件互不干扰;

③制作与安装便利。

4个吊点的楼板可按简支板计算,6个以上吊点的楼板计算可按无梁板,用等代梁经验系数法转换为连续梁计算。

2 吊点构造

国标图集对有桁架筋的叠合板,用桁架筋作为吊点,吊点两侧横担2根280mm的HRB335钢筋,垂直于桁架筋。考虑到桁架筋多有距板边较近或不对称的情况,建议采用设置吊环的方式,吊环应采用未经冷加工的HPB300钢筋制作。

跨度3.5m及以下,宽度2.4m以下的板,设置4个吊点;跨度3.5~6m,宽度2.4m以下的板,设置6个吊点。

连接及节点

1 双向叠合板

(1)板端支座处:叠合板应伸入支座10mm

出筋做法:板端支座处预制板内的纵向受力钢筋宜从板端伸出并锚入支撑梁或墙的后浇混凝土中,锚固长度不应小于5d(d为纵向受力钢筋直径),且宜伸过支座中心线。

不出筋做法(使用较少):《装标》5.5.3当桁架钢筋混凝土叠合板的后浇砼叠合层厚度不小于100mm且不小于预制板厚的1.5倍时,支承端预制板内纵向受力钢筋可采用间接搭接方式锚入支承梁或墙的后浇混凝土,并应符合下列规定:

①附加钢筋的面积应通过计算确定,且不应少于受力方向跨中板底钢筋面积的1/3;

②附加钢筋直径不宜小于8mm,间距不宜大于250mm;

③当附加钢筋为构造钢筋时,深入楼板的长度不应小于与板底钢筋的受压搭接长度,伸入支座的长度不应小于15d(d为附加钢筋直径)且宜伸过支座中心线;当附加钢筋承受拉力时,伸入楼板的长度不应小于与板底钢筋的受拉搭接长度,伸入支座的长度不应小于受拉钢筋锚固长度。

 

(2)板间连接

双向叠合板板侧的整体接缝宜避开最大弯矩截面,接缝可采用后浇带形式。当采用135度弯钩时,钢筋搭接长度计算:0.6x1.6la=0.96la(混规8.3.3、8.4.4条)

 
 

2 单向板

①板端:受力钢筋侧;板侧:非受力钢筋侧 板端:叠合板应伸入支座10mm,钢筋伸出;板侧可不伸入支座,钢筋可不伸出。

②《装规》6.6.4板侧钢筋不伸出时,宜在紧邻预制板顶面的后浇层内设置附加钢筋,附加筋截面面积不宜小于预制板内的同向分布钢筋面积,间距不宜大于600mm,在板的后浇混凝土叠合层内锚固长度不应小于15d,在支座内锚固长度不应小于15d(d为附加钢筋直径)且宜伸过支座中心线。

③《装规》6.6.5密拼接缝处设置附加筋,面积不宜小于预制板中该方向钢筋面积,直径不小于6mm,间距不大于250mm,伸入两侧现浇混凝土中的锚固长度不应小于15d。

 

板侧钢筋不伸出时构造做法

 

单向板板端节点

此此节点也可用于双向板板端长度不足时的处理

叠合板的计算

①《装规》未给出叠合板计算的具体要求,其平面内抗剪、抗拉和抗弯设计验算可按常规现浇板进行。

②《辽宁装规》给出了叠合板的叠合面及板端连接处的抗剪强度验算的规定。此处仅给出板端抗剪验算部分:

预制板的板端与梁、剪力墙连接处,叠合板端竖向接缝的受剪承载力应符合下列要求:

 

V--竖向荷载作用下单位长度内板端边缘剪力设计值 ;

Asd--垂直穿过接合面的所有钢筋的面积,当钢筋与接合面法向夹角为θ时,乘以cosθ折减;

fc--预制构件混凝土轴心抗压强度设计值;

α--板端负弯矩钢筋拉应力标准值与钢筋强度标准值之比,钢筋的拉应力

M--标准组合计算的弯矩;  

h0--截面的有效高度;

(预制底板纵向受力筋伸入支座时取叠合板厚度,不深入支座时取后浇叠合层厚度)

As--板端负弯矩钢筋面积。

住宅与公建叠合板注意事项

● 为便于板底钢筋采用焊接钢筋网片,采用分布钢筋在下,受力钢筋在上的布置(分布钢筋与楼板长方向平行),桁架下弦筋与受力筋在一个高度,桁架钢筋的底筋应参与受力计算。

●图集预制底板混凝土为C30,桁架弦杆钢筋及底板钢筋为HRB400,国标图集HRB400可采用同直径的CRB550或CRB600H代替。

● 叠合板遇柱需要切角时,预制板在柱范围内出筋。

● 考虑工厂加工,钢筋间距应为50的模数(板出筋时)。

● 预制板吊装完成后,上弦钢筋如果影响管线布置,可以部分切割,上弦筋主要是马镫作用,不是受力钢筋。

● 楼板开洞补强做法同现浇板。

● 预制板上有隔墙的应在预制板大样中表达隔墙下附加钢筋。

叠合板软件设计注意事项

1 当预制底板宽度为1200~1400,1800~2000,2400~2500时注意修改桁架筋间距;

2 板施工图阶段,绘制叠合板大样图前应先复合板底筋(生成集中标注并修改),复合桁架筋间距;

3 异形板分隔处可采用建立虚梁的方式,以方便进行板的分割;

4 软件参数设置:略。

 

(a)1200<板宽≤1400桁架筋间距:边跨和中跨为400;

(b)1800<板宽≤2000桁架筋间距:边跨600,中跨为400;

(c)2400<板宽≤2500桁架筋间距:边跨600,中跨为500;

预制底板产生裂缝的原因

1 混凝土

①混凝土配合比出现问题(水泥品种、粉煤灰惨量、外加剂等),预制构件应采用低坍落度混凝土,不能采用坍落度大的商品混凝土;

②混凝土等级没有达到C15就脱模,没有达到C30就吊装运输。

2 脱模、运输及吊装

①脱模后没有进行防护直接暴露在空气中,降温过快,构件表面温差大,导致出现裂缝;

②运输过程中出现颠簸,构件绑扎不牢,或者支撑设置不合理;

③吊装未按吊点位置起吊,未使用专用吊具进行安装。

3 施工

板施工中支撑间距过大,没有采用木质支撑。

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

装配式施工

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