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    科學技術論文

    預制預應力混凝土空心板研究及應用綜述

    時間:2021年09月06日 所屬分類:科學技術論文 點擊次數:

    摘要:對預制預應力空心板國內外研究及工程應用情況進行了綜述,并結合工業化建筑發展和國內工程需要,對預制預應力空心板的研究和應用提出了展望。 關鍵詞:預制預應力空心板;預制混凝土樓板;工業化建筑;框架結構;預制構件 0前言 二戰結束后,西方國家和日

      摘要:對預制預應力空心板國內外研究及工程應用情況進行了綜述,并結合工業化建筑發展和國內工程需要,對預制預應力空心板的研究和應用提出了展望。

      關鍵詞:預制預應力空心板;預制混凝土樓板;工業化建筑;框架結構;預制構件

    混凝土論文

      0前言

      二戰結束后,西方國家和日本面臨著戰后建筑房屋大量短缺、人力不足等問題,為了能快速地進行戰后重建,開始進行建筑工業化。20世紀50年代,我國的建筑工業化開始發展,并基于發展國民經濟的第一個五年計劃,借鑒國外經驗,在我國開始推行標準化、工廠化、機械化的預制構件和裝配式建筑。經過幾十年的發展,工程師們研發出了很多新型的預制構件。目前,國內外常見的預制板主要有預制預應力混凝土空心板(以下簡稱預制空心板)、預制預應力混凝土帶肋疊合板、預制混凝土雙T型板等。本文針對預制空心板的研究與應用進行概述,介紹國內外主要研究進展和工程應用典型,以期為促進我國預制空心板的研究和應用提供一定參考。

      混凝土論文范例: 淺談房屋建筑施工中鋼筋混凝土結構施工技術的應用

      1預制空心板的發展

      預制空心板具有承載力高、剛度大、跨度大、防 火性能好、尺寸誤差小、隔音效果好、自重輕、抗震性能好、可切割、經濟效益好等優點,是綠色及被動式房屋的主要結構性構件[1]。預制空心板的主要結構特點如下:①孔芯為水滴形[2],混凝土受壓區面積較大。

      生產過程中孔芯模板可及早抽出,同時不會引起上方混凝土塌落;②孔芯不僅能通過放置桁架筋增加抗剪承載力,還可用于管線、電線、器材等的隱藏鋪設;③最大跨度可達18m,常規寬度主要有1.2m、2.4m兩種,根據工程需要,沿寬度方向可任意切割;④預制空心板的預應力主要通過張拉1860MPa高強預應力鋼絞線施加,混凝土強度等級為C40及以上,兩種材料的工作協調性較好。一定程度上,預制空心板具有節約材料的優點,且實現無支撐施工,具有良好的經濟效益,尤其在鋼結構建筑中的應用,其綜合效益更為顯著。預制空心板的養護、堆放、吊裝。

      1.1國外發展

      預制混凝土結構起源于西歐,之后推廣到美國、加拿大、日本等國,大量的應用始于美國[3]。20世紀50年代,戰爭、城市化等因素造成了住 宅供應嚴重不足,該時期西方國家和日本出現了各種類型的大板住宅建筑體系[4]。以日本為例,日本在1963年引進了預制空心板,并進行了大規模的公營住宅建設,為其后續的建筑工業化提供了重要的基礎。日本建設部隨后制定了一系列的政策及規范,通過政府主導,協會、社團推動的方式,進一步推動了預制混凝土構件的生產認證、規范制定等相關工作[5]。同時期,美國對預制空心板的抗壓抗剪等性能也進行了大量研究。

      根據資料顯示,日本目前最高的采用預制空心板的建筑為54層。20世紀70年代,隨著生活條件的改善,人們對居住環境的要求逐漸提高,此時勞動力的短缺進一步促進了建筑工業化的發展。以新加坡為例,20世紀80年代,新加坡建屋發展局開始將裝配式建筑理念應用于住宅工程,發展初期,三家外國企業中標了新加坡建屋發展局五個重點工程,項目建設過程中引入了“預制技術”的概念,采用的預制構件主要有框架梁、墻體、樓板等。項目完成后得到了新加坡建筑行業的認可。此后,新加坡一些本地建筑公司也開始嘗試建筑工業化的理念[6]。20世紀80年代,德國的FILIGRAN公司將全預制和現澆的理念結合在一起,研發了鋼筋桁架式疊合板,并開始在建筑行業大量推廣。

      1.2國內發展

      國內最早使用的空心板為非預應力空心板,20世紀50年代,北京等地作為試點開始將冷拉鋼筋、冷拔鋼絲、冷軋帶肋鋼筋等與預應力混凝土樓板組合使用,但受當時經濟條件、生產工藝和施工水平的限制,在應用過程中漏水問題頻發,嚴重影響正常使用[7]。同時,節點構造復雜,施工困難等因素也制約了其推廣應用。為了與國際接軌,1995年冶金部公布的產品標準中新增了小股鋼絞線(二股或者三股鋼絞線強度大約是冷拔等鋼絲的2~3倍)[8]。

      隨著經濟的發展,跨度超過9m的預制板類構件開始應用。為滿足大跨度和大承載力要求,七股鋼絞線開始應用于預應力空心板的生產,但由于七股鋼絞線產生的巨大局部擠壓力易造成錨固端局部破壞,且由于當時缺乏相關實踐,該工藝一直未被廣泛采用。根據參考文獻[9],20世紀中后期,我國房屋建筑平均使用年限不到30年,僅為設計使用年限的一半(北京尤為明顯)。

      為了滿足建筑耐久性、安全性和大開間體系[9]的需要,我國于21世紀初引進了美國的SPANCRETE板(簡稱SP板),該板在長線臺座上采用干硬性混凝土擠壓成型,預應力通過張拉七股鋼絞線施加,并出版了SP板相關標準圖集、技術手冊以及相關計算機程序等資料。地震資料顯示,SP板承載力、連接節點能滿足抗震需求,此后,SP板開始大量應用于多層工業廠房、學校建筑、多層和高層住宅等[10]。

      2工程應用

      (1)預制空心板應用初期被認為性能不如現澆板,但相關工程應用表明其具有一定的優越性和安全性。根據資料顯示[11],1976年唐山7.8級大地震中部分預制空心板建筑的倒塌是由磚墻倒塌引起的。同時,部分工業廠房的預制空心板屋蓋倒塌也是由柱頂接頭連接焊縫破壞或者空間支撐系統失效引起的,沒有證據表明預制空心板的本身抗震性能差。

      相反,在采取相關抗震措施后,預制空心板建筑可以滿足抗震需求,例如:第21中學教學樓的預制空心板屋面在設有圈梁的情況下,預制空心板、墻體和挑檐的整體剛度得到提高,在地震中未發生整體倒塌。這也證明了圈梁對預制空心板建筑整體剛度提高的重要性。

      (2)當地震烈度較大時,預制空心板可能塌落導致結構發生破壞。因此,為了有效約束預制空心板,可按樓層依次沿縱墻和橫墻設置鋼筋混凝土圈梁。同時,板縫間可增設現澆混凝土帶。由于采取了上述措施,2008年汶川8.0級地震中[12]高烈度區彭州市白鹿九年制學校預制空心板樓蓋在震后未見明顯裂縫。由此證明,上述措施對建筑物抗震設防具有明顯作用,采用預制空心板建筑仍可具備較好的整體性及抗震性能。

      (3)莘莊工業區1號科技創新中心項目[13]位于上海市莘莊工業區西區,采用框架-剪力墻結構體系,地上10層,地下1層。其中,裙樓4層,主屋面高度為46.75m,4~10層采用預制空心板,最大跨度為8.4m,板厚為180mm,疊合層厚度為60mm。

      (4)百花公園綜合樓為4層框架結構[14],最大跨度為15m,開間6.5m,總高度32.5m,總建筑面積4290m2,樓面采用SP板,板厚380mm,樓面允許荷載5.0kN/m2,實際使用活荷載2.7kN/m2,竣工驗收指標均符合相關標準要求。

      (5)西北農林科技大學圖書館[15](7度抗震設防)為4層框架結構,長147m,寬36m,建筑物總高18.6m,平面布置大跨開放式閱覽區,采用SP空心板,板寬0.8~1.2m。由于混凝土和模板支護工作量大大減少,造價減少10%左右,但預制空心板板端連接需采取加強措施。

      3相關規范

      德國的預應力空心板生產線根據用戶需要,還相應給出了預應力空心板產品截面、配筋和產品選用表等設計依據。日本為了滿足設計人員的需要,1976年出版了《預應力空心樓板的設計手冊》,1987年又改編出版了第二版。國內常用的預制空心板相關設計依據有規范、技術手冊、圖集和產品手冊。其中,預制空心板相關設計規范從GB14040—93《預應力混凝土空心板》更新至GB14040—2007。

      除了相應的設計規范,中國建筑標準設計研究院根據1998年美國PCI協會發行的第二版《預制預應力混凝土協會空心板設計手冊PCI》和SPANCRETE公司及其制造商協會的試驗研究資料,在參考其他有關資料的基礎上,編制了適合于我國國情的《SP預應力空心板技術手冊》。同時,中國建筑標準設計研究院還出版了設計圖集05SG408《SP預應力空心板》。

      目前,我國預制空心板相關技術規范主要有:13BGZ2-1《PK預應力混凝土疊合板》、13G440《大跨度預應力空心板》、JGJ/T258—2011《預制帶肋底板混凝土疊合樓板技術規程》、《裝配式混凝土結構連接節點》、05SG408《SP預應力空心板》[16]。其中,05SG408的主要設計依據參考GB50010—2010《混凝土結構設計規范》,而GB50010—2010與GB50010—2002針對預制空心板部分的不同之處主要體現在預應力損失、承載能力極限狀態設計和正常使用極限狀態驗算方法等方面。

      相關施工驗收規范主要有:GB50204—2015《混凝土結構工程施工質量驗收規范》、JGJ1—2014《裝配式混凝土結構技術規程》、GB50666—2011《混凝土結構工程施工規范》、JGJ355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》[17]。目前,上述規范還未涉及對預制空心板的進場驗收、文件檢查報告、空心板制作過程檢查文件等內容,建議修訂時增加完善。

      4結論與展望

      預制空心板在我國經歷了從興起,到衰落,再到興起的發展階段,目前相關研究工作也取得了一定的進展,但仍然存在以下方面需要進一步研究,主要包括:

      (1)預制空心板與主體結構連接節點的安全性研究還有待深入。(2)預制空心板在高層建筑中應用的樓蓋整體性、水平傳力性能需要進一步研究。(3)大跨預制空心板的舒適度、振動性能研究還有待加強。

      參考文獻:

      [1]田煒.預應力混凝土空心板橋梁的結構可靠性評估[J].混凝土與水泥制品,2019(12):43-47.

      [2]陳幼璠.國家建筑標準設計97ZG808SP預應力空心板[J].建筑技術,1998,5:346-347.

      [3]薛偉辰.預制混凝土框架結構體系研究與應用進展[J].工業建筑,2002(11):47-50.

      [4]樊驊,張中育.國內外混凝土預制件發展現狀分析[J].混凝土世界,2013(2):70-75.

      [5]肖明.日本裝配式建筑發展狀況[J].住宅產業,2017(5):10-11.

      [6]高陽.新加坡裝配式建筑發展研究[J].住宅產業,2016(6):45-49.

      作者:袁佳佳,王洪欣,孫占琦,祝傳新,楊超

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