【築友設計】裝配技術連載之技術亮點篇（二）：預應力疊合板在裝配式建築中的的應用

原標題：【築友設計】裝配技術連載之技術亮點篇（二）：預應力疊合板在裝配式建築中的的應用

引言

隨着國家大力推進裝配式建築，在全國各地掀起了裝配式建築熱潮，普通混凝土疊合板也得到了非常廣泛的應用。但在項目應用過程中也遇到了一些問題，比如跨度或者荷載較大的樓蓋結構設計時，採用普通混凝土疊合板時往往要增加樓板厚度及配筋，經濟性較差；如不加厚樓板而增設次梁，又佔用室內空間且增加施工難度。預應力疊合板可以同時發揮裝配式和預應力兩者的優勢，爲此提供瞭解決方案。

技術經濟對比

下面我們來看一個工程實例對比：湖南省某市傢俱廠房項目，框架結構，4層，柱網7.5*7.5，樓面恆載標準值1.5kN/m²，活載標準值12kN/m²。

方案一：設置一道次梁，採用預應力疊合板（70mm+70mm）

▲附圖1：預應力疊合板佈置圖

方案二：設置一道次梁，採用普通疊合板（60mm+90mm）

▲附圖2：普通疊合板佈置圖

方案三：設置兩道次梁，採用普通疊合板（60mm+70mm）

▲附圖3：普通疊合板佈置圖

方案對比表

備註：以一個標準網格區間爲基準

從上述數據可以看出，在本項目中，預應力疊合樓板比普通疊合板有明顯的經濟性優勢，同時還提高了樓板的剛度、耐久性。

預應力技術特點

在技術體系上，預應力疊合板與普通疊合樓板有諸多不同之處，接着往下分析。

預應力混凝土結構基本原理：在混凝土構件承受荷載之前，預先給混凝土施加壓應力，以抵消其在荷載作用下引起的拉應力，防止或者推遲混凝土裂縫的出現，從而提高混凝土構件的抗裂性能、剛度、耐久性。

▲附圖1：預應力原理示意圖

根據施加預應力生產工藝的不同，一般分爲先張法預應力和後張法預應力。預製預應力混凝土底板採用的是先張法工藝，主要生產工藝流程爲：張拉預應力筋→分佈筋及預埋件設置→澆築底板混凝土→底板混凝土達到規定強度後剪斷預應力筋→脫模→堆放→養護。

▲附圖2：先張法生產工藝示意圖

預應力混凝土疊合樓板的基本原理爲：預製預應力底板→現場澆築疊合層→樓板整體受力。

▲附圖3：預應力疊合板示意圖

預應力疊合板設計要點

我們繼續深入瞭解預應力疊合樓板特有的技術細節，下面梳理出了關鍵的設計要點及注意事項，供大家探討研究。

1、保護層的確定，除了需滿足鋼筋握裹力和耐久性要求外，還要考慮耐火極限要求。

2、預製底板混凝土強度等級的選擇，預製底板要承受較高的預壓應力，同時考慮生產效率，需儘早釋放應力和脫模，一般採用不低於C40砼，疊合層可採用C30砼；需要注意的是，在結構計算時應採用換算截面面積和換算截面慣性矩。3、預應力筋承受較大的預拉力，且與混凝土之間要有良好的粘結傳力性能，同時要有必要的延性，一般選用低鬆弛消除應力螺旋肋鋼絲

。預應力筋極限強度標準值，抗拉強度設計值。張拉控制應力盡可能取大，以儲備更多的預壓應力，充分發揮預應力的優勢；但如果過高，可能會導致預應力筋永久變形甚至拉斷，同時降低構件的延性和增加預應力損失。因此，一般情況下，張拉控制應力在和之間取值。

4、預應力損失的計算：（1）張拉端錨具變形和預應力筋內縮引起的損失，，一般預應力鋼絲採用夾片式錨具。（2）預應力筋摩擦引起的損失，採用螺旋肋鋼絲無孔道時不計入。（3）預應力筋與拉力設備之間溫差引起的損失，。

（4）預應力筋應力鬆弛引起的損失，注意有3種情形：

Ⅰ、當時，；

Ⅱ、當時，；

Ⅲ、時，。

（5）混凝土收縮和徐變引起的損失，，本項計算時需注意下列幾點：

Ⅰ、應採用施加預應力時的混凝土立方體抗壓強度，即剪斷預應力筋時；

Ⅱ、計算σ'pc時應扣除第一批損失，且；

Ⅲ、當結構處於年平均相對溼度低於40%的環境下，該項損失值應增加30%。

上述計算所得的預應力總損失值小於100MPa時，按100MPa取用。

5、承載能力極限狀態驗算時，注意下列要點：

（1）應進行生產、脫模、起吊、堆放、施工、使用等階段的工況驗算；脫模時需考慮模臺吸附力，其值不小於1.5kN/m²；吊裝時需考慮動力系數，其值不小於1.5。（2）正截面受彎承載力計算時，相對界限受壓區高度比普通鋼筋要小很多，要控制配筋量；同時需滿足，即正截面受彎承載力不小於正截面開裂彎矩的要求，其目的是控制受拉鋼筋總配筋量不能過少，使構件具有應有的延性，以防止預應力構件開裂後的突然脆斷。（3）需對疊合面進行受剪驗算，滿足時，可不設置界面鋼筋，否則應設置界面抗剪鋼筋；對於大跨度及荷載較大的情況，宜設置界面鋼筋，以保證整體性和協調受力。界面抗剪鋼筋設置在距支座L/4範圍內，直徑不小於6，間距不大於400mm。

6、正常使用極限狀態驗算時，注意下列要點：

（1）應進行生產、脫模、起吊、堆放、施工、使用等階段的工況驗算；（2）一般情況下按不出現裂縫的要求進行控制【即二級裂縫控制】；在生產、脫模、起吊、堆放、施工等階段，需滿足【即荷載產生的構件截面邊緣法向拉應力不大於對應齡期混凝土抗拉強度標準值】和【即荷載產生的構件截面邊緣法向壓應力不大於對應齡期混凝土抗壓強度標準值的0.8倍】；在使用階段，需滿足，其中是預製底板的混凝土軸心抗拉強度標準值。（3）撓度計算時，在生產、脫模、起吊、堆放、施工等階段，預製構件的短期剛度；在使用階段，疊合板的短期剛度，其中預製底板的混凝土彈性模量，爲按彈性模量比換算的慣性矩。

（4）應計算使用階段的預應力反拱值，計算時，預應力筋的應力需扣除全部預應力損失，同時需考慮預應力長期影響【可將計算所得的反拱值乘以增大系數1.75】；還需覈對最終反拱值與起拱值之和，不超過荷載效應作用下的計算撓度值。

7、構造要求

（1）疊合樓板總厚度不應小於90mm，疊合層厚度不應小於60mm，高度超過50米的建築，疊合層厚度不應小於80mm。

（2）預製底板上表面應做成凹凸深度不小於4mm粗糙面，以保證疊合樓板的整體性。

（3）預製底板端部100mm長度範圍內，應設置不少於3根，直徑d≥4mm的橫向附加鋼筋，以防止預應力局部擠壓造成混凝土破壞。