预制叠合板不出筋技术研究与应用
0 引言
预制装配式混凝土结构是在采用现代设计、生产、施工技术的基础上对传统现浇混凝土结构形式的一次全面升级和系统改革,通过打通全产业链技术、协同各参与方配合、降低各阶段资源浪费,提高混凝土建筑建造质量,提高建造过程中的生产效率,促进建筑行业健康和可持续稳步发展
1) 施工现场湿作业减少,预制构件工厂生产主要采用机械化设备,生产质量要优于现场浇筑,构件质量好,易进行过程质量控制。
2) 与传统现浇楼板相比,减少项目模板使用量;叠合板下支撑相较于现浇板可增大间距,相应减少支撑使用量,降低了现场施工过程中的安全管理难度
3) 预制叠合板装配安装高效、快捷,施工周期相比于传统现浇结构明显缩短;生产过程不受季节和恶劣气候影响,缩短工期,提升施工进度。
4) 现场施工难度和人工作业强度大幅度降低,预制叠合板流水线式装配吊装,效率高;工厂化生产可实现机电管线精准预留预埋,避免后期机电施工阶段的二次凿空、开槽。
5) 预制叠合板质量较小,方便现场直接采用垂直运输设备进行吊装,方便快捷;抗裂性较好,叠合板底平整度较高,减少了后期装修阶段砂浆面层施工,可直接进行装修施工。
1 传统叠合板设计分析
目前常用的叠合板主要是带外伸钢筋的预制板,存在生产效率低、成本高、运输不方便等问题,造成此现象的主要原因是板边出筋。
1) 板端和板侧外伸出筋导致侧模在制作时需按出筋位置开槽,导致侧模刚度不足,需额外加固,增加了模具的制作成本和周期。
2) 侧模开槽限制了模具通用性,根据跨度和荷载的不同,叠合板底钢筋直径和间距也不同,板端和板侧出筋的位置与间距一般由板底钢筋确定,因此须采用不同的模具,每组模具周转次数少。
3) 叠合板外伸钢筋破坏侧模完整性,易导致浇筑混凝土时侧边漏浆。浇筑底板混凝土时,胡子筋周边须进行防水、防浆密封处理,但因胡子筋数量众多,钢筋周围带肋,封堵处理困难,浇筑底板混凝土时易漏浆,影响预制混凝土构件质量。
4) 叠合板外伸钢筋使构件脱模较困难,易破坏模具,造成预制叠合板掉角、开裂,影响预制构件的观感和质量。
5) 叠合板外伸钢筋在构件生产、运输和装配的过程中易弯折、变形,导致构件混凝土破损、缺角,影响预制构件质量和观感。
6) 叠合板底板吊装就位时,外伸钢筋与叠合梁上部纵筋方向垂直,须在叠合板就位后再绑扎叠合梁上部纵向钢筋,影响施工工期。
2 叠合板设计选择与分析
根据JGJ 1—2014《装配式混凝土结构技术规程》
根据国内专家学者关于叠合板密拼的试验研究
如采用密拼缝,要求在拼缝处设置附加构造钢筋,以提高拼缝处楼板受力性能,增强预制板整体性,达到附加钢筋在板缝处的搭接传力效果。板缝处附加钢筋面积一般不小于其受力方向配筋面积,实际工程应用时为保证安全,可适当增大板缝处的构造钢筋配筋率 (可提高1倍) 。该项措施会增加楼板钢筋用量,成本有一定程度的增加,但能对叠合楼板密拼缝处进行有效加强,保证了楼板受力的整体性和安全性,同时避免了构件生产和现场装配的诸多弊端。
楼板浇筑完且拆模后,应对叠合楼板下部板缝进行处理,处理方案主要为: (1) 在楼板现浇层混凝土施工前,对预制叠合板缝进行清扫,去除板缝内各种杂物,然后用水冲洗。冲洗干净后在缝隙处放置遇水膨胀橡胶条,防止混凝土浇筑时漏浆,然后进行楼板现浇层混凝土浇筑作业。 (2) 待楼板后浇混凝土达到设计强度后,拆除楼板下支撑,清扫板缝处各种夹杂的杂物和混凝土浆料,清扫干净后用水冲刷晾干;在板缝周围涂刷黏结剂,板缝处粘贴专用玻璃纤维网片,然后用专用砂浆对板缝处进行填缝抹平。缝隙处砂浆要分2次填缝,以便不会由于砂浆收缩导致板缝处开裂。该方法简单可行,方便操作,施工效率高,节约、无污染。
施工时,为保证2块密拼叠合板间底标高相一致,避免相邻2块叠合板标高参差不齐,楼板底面不平整,可将板缝两侧独立支撑调整在一块垫木下,通过垫木的平整度调整相邻2块叠合板底面平整度。传统整体式拼缝叠合板下部的独立支撑和支撑上垫木须在板与板后浇带处断开,较易导致相邻板底标高不一致,浇筑完后板底凹凸不齐。
3 不出筋叠合板工厂生产
3.1 生产工艺要点
对构件脱模后的模台进行清理,清扫模台表面垃圾杂物,然后采用手动磨光机对模台表面进行打磨,确保无任何锈迹和混凝土浆;打磨时必须确保打磨部位充分湿润,检查模台平整度,确保模台水平。
模具拼装前需处理干净,内表面不允许带有混凝土残渣。安装前确保模具内表面光滑干净;模具应固定牢固,固定装置包括定位销、磁盒等应仔细检查是否准确定位,模具与模台接触面应紧密贴合,不出现空隙,如有应及时封堵处理;模具内工装、预埋件定位装置应定位准确、安装牢固,防止混凝土振捣时模具偏移或漏浆;组模时尺寸偏差不得超出规范要求;模具安装后质检部门应进行质量验收。
钢筋笼入模前要在模具与混凝土接触面位置涂刷缓凝剂,在模台表面涂刷脱模剂。涂刷应均匀、无漏涂、无过量刷涂,严禁将缓凝剂和脱模剂涂刷到钢筋笼上。过多的隔离剂应在混凝土浇筑前清理干净。
钢筋型号、数量、间距、尺寸、搭接长度及外露长度应符合施工图纸及规范要求;绑扎钢筋前应仔细核对钢筋直径和下料长度,绑扎制作完成的钢筋笼禁止再次加工、扰动和切割;质检人员检验合格后,将钢筋网骨架放入模具,按梅花状布置好垫块,调整好钢筋位置。
根据加工图纸确定各预埋件位置并画线定位、安装、固定,严禁漏放和错放。在浇筑混凝土前检查所有预留预埋件固定装置是否有损坏、变形,防止出现移位。
浇筑前将模台移至振动台,采用混凝土输送机将混凝土运输至布料机内,根据构件尺寸合理调整螺旋式布料机浇筑混凝土,浇筑完毕后,开启模台底部振动装置,振捣至混凝土表面均匀且不再下落,无明显气泡外漏为止,不可过振;布料机布料时应避开构件内预留预埋件位置,防止混凝土流入预留预埋件内;在振捣过程中应时刻检查模具周边与模台贴合部位有无漏浆;同时,检查模具内钢筋笼、预留预埋件有无变形移位,如有须立即停止布料,进行处理,待固定牢固后再进行混凝土浇筑。
将浇筑完成的叠合板构件送至预养护窑,采用蒸汽养护,时间宜为1~3h。应严格按顺序拆模,不得采用振动方式拆除模具;应先将预制构件与模具间连接装置完全拆除后,检查无误方可进行预制构件整体脱模。
3.2 质量控制要点
构件的质量验收应符合规范中相关规定
1) 预制叠合板的工厂生产、堆场堆放、运输、装配吊装等过程中质量控制都应符合规范规定。
2) 叠合板上有预留孔洞时,在生产过程中应按图纸要求预留孔洞,但洞口内板筋不断开,同时根据洞口尺寸按要求进行周边钢筋补强。运输过程中对尺寸较大的洞口进行加固,防止出现洞口周边板断裂。
3) 预制叠合板上表面应进行拉毛处理,控制粗糙面凹凸≥4mm。
4) 叠合板构件混凝土强度须达到混凝土抗压强度标准值时,方可进行脱模、吊装、运输和装配安装作业。
5) 为防止叠合板运输至施工现场后因质量不合格而不能进行吊装作业,拖延工期,在实施过程中分2次对叠合板质量进行检查,第1次为构件出厂前的验收,主要检查因生产过程中问题导致的质量不合格,第2次在进场时检查验收,主要检查因运输过程导致叠合板构件发生损坏造成的质量不合格。
预制叠合板构件进场验收主要为2个方面: (1) 构件实体质量的验收,包括观感质量、几何尺寸、预留预埋位置准确度、配筋情况等; (2) 产品合格证和相关原材料质量验收记录资料等。验收时应认真检查构件质量控制的主控项目和一般项目,质检人员应提前认真核对构件深化图纸,特别针对各种预埋件位置、预留孔洞位置和尺寸、数量进行符合图纸标准性检查。
4 叠合板拼缝对比
4.1 分离式拼缝
叠合板的受力和开裂形式与现浇单向板的类似,但承载力略高于现浇单向板,挠度介于现浇单向板和现浇双向板之间。叠合板分离式拼缝中,板缝处主要是剪力的传递,弯矩传递能力较差。工程实际应用时,在没有可靠的数据支撑下,为保证结构安全性可按单向板进行设计,拼缝处附加钢筋按构造要求的最小配筋率确定,主要是增强接缝处板与板之间的整体性,防止接缝处发生剪切破坏,减小板缝处裂缝的开展。通过分离式拼缝处附加构造钢筋来减小拼缝处裂缝开展。
施工工艺加强措施:预制板拼缝处顶面设置附加钢筋的钢筋间距与钢筋延伸长度应较设计及图集基础上增加1倍;预制板底拼缝处,在缝隙两侧各预留15mm三角形凹槽带,待叠合部位浇筑完毕后,通过玻璃纤维网片刮抗裂砂浆或者纤维石膏抹平处理。
此做法可保证板底平整度。根据吴方伯等研究
4.2 整体式拼缝
装配式混凝土结构中叠合楼板的整体式拼缝做法为:板缝位置两侧预制叠合板外伸的纵向钢筋锚固进拼缝现浇混凝土中;两侧叠合板外伸钢筋在整体式拼缝内的搭接,平行于接缝方向布置至少2根通长构造钢筋,与板侧外伸钢筋绑扎牢固,且直径不应小于该方向预制板内钢筋直径。
根据刘运林等研究
4.3 成本分析
分离式拼缝需在板缝处设置附加钢筋,浇筑前需在缝隙处放置密封条进行封堵,后期需粘贴玻璃纤维网格布,然后填缝抹灰,增加施工成本。整体式拼缝由于板与板间存在一段距离的后浇混凝土,易造成两侧板高低不平。同时,整体式拼缝处现浇施工方式与预制方式相结合,也会造成此位置板底平整度不够,后期装修阶段需进行人工处理来保证平整度,增加施工困难和施工成本。
模板及独立支撑使用方面:整体式拼缝需在后浇位置采用吊模施工的方法进行施工作业,相反,分离式拼缝不需要,这就使得整体式拼缝使用的模板和独立支撑数量相比于分离式拼缝要增加。
整体来看,叠合板不出筋、分离式拼缝设计虽然在拼缝处增加补强钢筋,成本相对于整体式拼缝有一定程度的增加,但整体式拼缝一般预留≥200mm的后浇带,此处位置的施工措施费用远大于分离式拼缝中钢筋的成本增量。同时,不出筋设计可方便生产和吊装,也方便叠合梁上部钢筋施工,其施工速度和施工效率远远优于整体式拼缝,同时成本也要低于整体式拼缝。
5 工程案例
南京一中江北校区建设工程项目坐落于江苏省南京市江北新区,是未来南京市第一中学的高中部所在地。该校区规划学生总人数约1 800人,教职工人数≥144人。校区设3栋教学楼、行政办公楼、图文信息综合楼、音乐厅、体育馆、2栋学生宿舍、教师公寓;总建筑面积10.8万m2,其中地上6.85万m2,地下3.95万m2。
本项目为装配式混凝土框架结构工程,项目预制率30.1%,建筑面积107 728m2。1~3号楼 (教学楼、阶梯教室、含连廊) (地上装配) 、4号楼 (行政办公楼) (地上装配+现浇) 、5号楼 (图文信息楼) (地上现浇) 、6号楼 (音乐厅) (地上现浇) 、7号楼 (学生宿舍) (地上装配) 、8号楼 (教师公寓) (地上装配) 、9号楼 (体育馆) (地上现浇) 。PC构件含预制柱、预制叠合梁、预制叠合板、预制楼梯等。
其中,所有叠合板均采用不出筋设计,板厚分别为130, 150mm (预制+现浇: (60+70) mm, (60+90) mm) 。针对项目应用情况,叠合板不出筋设计,工厂生产效率提高,避免出筋模具漏浆;不出筋叠合板运输方便;减少现场叠合板缝隙的吊模施工,提高现场施工效率;减少施工现场后浇混凝土,提高预制构件装配效率,加快项目中装配式工期。
设计保证措施:叠合板尺寸标准化;增加楼板厚度,楼板厚度设计为200mm左右;密拼连接节点处加强设计,放大此位置受力钢筋面积;尽量设计为单向板;优化密拼缝处防水和防开裂处理措施 (见图2) 。
6 结语
分离式拼缝和整体式拼缝构造在传力方式上、施工工艺上各有优缺点,分离式拼缝方便工厂生产和现场安装,符合装配式高效建造的理念,但整体式拼缝设计更贴近装配式结构“等同现浇”的设计理念,楼板整体性更好。在未来实际工程应用中,需继续进行跟踪总结,研究不同形式的叠合板拼缝在相同应用条件过程中,其受力状态、裂缝开展情况等方面区别和差异。随着我国大力发展装配式建筑,更多地提升建造质量和建造效率,叠合板不出筋、分离式拼缝构造的方式也会得到广泛应用,同时希望不出筋预制叠合板技术的不断成熟、不断发展前进,使得装配式结构在未来建筑领域有更大的进步和发展空间。
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