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潘本棟:SP預應力空心板在居住建筑中的應用和發展
 
 
導讀

本文發表于2002年1月《混凝土》期刊,作者簡介如下:

潘本棟,沈陽福星現代建材有限公司總工程師。

SP預應力混凝土空心板由美國SPANCRETE公司引進,該板跨度大,承載力高,抗震,隔音性能好。且板長可根據用戶要求任意切割,不受建筑模數限制。其主要優點為:跨度可達18m,承載能力可達10kN/㎡,破壞荷載達20kN/㎡;開裂荷載超過10kN/㎡,且裂縫均勻細密;只發生延性的撓曲破壞,無脆斷,卸載后的殘余變形很小。對于滿足大開間樓蓋可以形成靈活分割的空間,實現豐富多變的戶型,滿足人們生活方式的多樣性具有十分重要的意義。

我國的建筑混凝土預制行業已經走過了40多年的艱辛歷程,也曾經有過它的輝煌,為我國的建筑業做出過不可磨滅的貢獻。20世紀80年代后期曾有過低水平、低層次的過熱發展,眾多的鄉鎮企業,數不清的劣質產品及不平等競爭使全行業遭受了損失,混凝土預制構件業的總產量逐年下降,預制行業進入衰退期。目前,現澆混凝土樓板正迅速取代預制板,成為住宅樓蓋的主要形式,這種變化在大城市更為突出,部分地區甚至行政規定取消預應力混凝土空心板屋蓋和樓蓋,統一采用鋼筋混凝土澆制樓蓋或屋蓋。這一規定在某種程度上避免了因采用傳統預制板所帶來的質量通病,但也在極大程度上限制了SP板的應用和發展。近幾年來,SP板雖然在我國取得了巨大發展,廣泛應用于各個領域,但在占建筑業主流市場的住宅產業卻應用甚少,受上述規定限制,各地房地產開發公司只能采用費工費時的現澆混凝土結構。

現澆結構在我國近幾年來雖然取得了快速發展,但也逐漸暴露了其缺點。首先是結構抗裂性能差,由于商品混凝土及泵送帶來混凝土成分和性能的變化,要求較大的流動性和坍落度,而且粗骨料較少,粉末含量高,容易離析,且體積穩定性差。現澆樓蓋雖然具有較好的整體性,但由于約束多,溫差應力加上現場施工不利因素的影響,容易產生裂縫,嚴重的裂縫貫穿板底,寬度可超過1.5mm。板的裂縫及因此而引起的滲漏已成為困擾住宅產業發展的重要原因。第二,現澆混凝土的施工工藝復雜,工期長,從支模板、綁扎鋼筋到澆筑混凝土、拆模板,養護等工藝均在現場完成,使得質量和工期很難得到保證。第三,由于非預應力現澆混凝土樓板采用低強度等級的鋼筋及混凝土,材料用量較大,因而加大了結構自重和造價。第四,現澆混凝土板跨度和承載能力有限,由于無法采用高強材料,非預應力鋼筋的實心板樓蓋適用的跨度仍然有限,很難形成真正意義上的大開間樓蓋。此外,現澆混凝土需要較高的技術裝備,如成套組裝模板和支撐系統,充足的商品混凝土等等。同時,現澆混凝土也不符合現代化施工要求,現代化施工的重要內容之一是工廠化,裝配化,標準化,現場濕作業量少且無粉塵及噪聲等環境污染,如單純強調現澆,不如說是混凝土施工技術的倒退。世界上很多發達國家建筑混凝土預制構件在混凝土施工技術中所占比例仍然比較大,大多是現澆和預制相結合,是以裝配和半裝配混凝土為主要發展方向。

SP板是利用國外先進的生產技術和工藝設備,采用高強度低松弛1860級鋼絞線作為受力筋,混凝土強度等級達C45,使板在大跨度、重載情況下構件的截面高度大為降低,此時構件剛度裂縫問題可能成為樓板設計的控制條件,但由于SP板獨特的邊槽設計使得預制樓板的灌縫及面層作好后的整體作用和剛度加強,使得撓曲變形與計算相比成倍減小,并不影響樓板的使用功能。同時,SP板作為預制混凝土構件在工廠制作過程中已經越過了收縮峰值和峰期,并完成了大部分變形量,體積已基本穩定。另外,構件本身以預應力抵消拉應力,其裂縫控制性能遠優于現澆混凝土結構。對于易出現滲漏的板縫,通過構造處理和精心施工是完全可以避免的,該板在防火性能檢測試驗時,由3塊板拼制成尺寸為4.8mX3.6m的試件,板縫僅用摻適量膨脹劑的普通水泥砂漿灌筑,板上外加荷載為18kN/,在周邊無約束的情況下,板底受溫1000度1小時后,板縫仍然保持完整無損。因此,在SP板施工時,只要按照標準施工是完全可以避免出現板縫開裂的。

對于抗震問題,人們總有預制構件抗震性能不好的誤解。其實,只要按現行設計規范和施工規程執行,同樣可以滿足各級烈度設防的要求。尤其引進的SP板,在國外,是一項十分成熟的技術,廣泛應用于各級地震烈度區。其完善的隔板體系設計理論計算方法和節點構造,可充分保證地震水平荷載的傳遞和分配,滿足結構安全度的要求。同時,還可在板上任意位置開孔,采取措施孔口尺寸可達1. 2m以上,可滿足各種上下管道安裝。與傳統預制板相比具有施工簡單,縮短工期等優點,能滿足大跨、重荷、大開間樓蓋的要求,實現真正意義上大開間的人性化住宅。

對于高層建筑和強地震區,可以采用疊合式SP板,即國標圖集99ZG408中的SPD板。施工時利用SP板作底模,在板上現澆混凝土而形成的疊合板樓蓋。上部現澆混凝土層內配置分布鋼筋,支座處加配負彎矩鋼筋。這種疊合板不僅具有預制板施工工期短、工藝簡單,又具有現澆板式樓蓋整體性好的優點,而且又避免了現澆樓蓋易產生的收縮裂縫和預制板樓蓋板縫處易產生滲漏的缺點;同時,由于疊合層的作用使得樓蓋形成一整體,大大增加樓蓋的承載力和剛度,減少了變形撓度;沿支座周邊配置的負彎矩鋼筋,增大抗力,減小變形;另外,還可在后澆的疊合層中鋪設各種管道和埋件。

對于SP板在住宅產業中的應用,這幾年來,我國的專家學者也做了大量的應用研究工作,取得了一定的成績,由清華大學和北京市建筑設計研究院一起完成了SP板與混凝土墻連接節點的試驗研究并獲得國家專利局的認可,使得SP板在多、高層建筑的應用變成現實。目前,部分地區SP板在居住建筑中應用實現了零的突破,SP板應用于住宅中大開間的客廳部分已被人們所接受,應用SP板不僅具有施工速度快、降低房屋層高、隔音效果好的特點,還具有綜合造價低的優點。在遼寧地區已用SP板建成開間為7. 5m的試用房,目前使用效果良好,但略感開間偏小,如果開間能夠達到9m使用效果會更好。

近幾年來,隨著我國政府部門對粘土磚限制使用力度的加大,混凝土砌塊得到了較大的發展,一種新的結構體系正在形成并逐步完善,即利用SP板和混凝土小型空心砌塊配筋砌體一起組成板塊結構體系,這種結構體系可充分發揮SP板大跨度和高強度砌塊承重的功能,房屋的開間可達9m-12m,這也是SP板較經濟的跨度,房屋的層數可達6-12層,對外墻門窗開洞的限制較為寬松,這些優良的特性必將受到建筑師的歡迎。與傳統的結構相比,具有綜合造價低、使用面積大、可進行靈活多樣的分隔,充分實現以人為本的建筑思想。而且由于該結構體系中配筋砌體剪力墻與混凝土剪力墻結構受力性能相似,即具有強度高、延性好、施工方便等特點,是與SP板匹配的承重結構。此結構類型在國外應用非常廣泛,尤其是在美國已形成一套完整的設計、計算體系理論,可用于多層,也可適用于高層建筑:既可在非地震區,也可在強地震區應用。2001年5月份由國標所組織的美國SP板協會和砌塊協會的專家對美國的板塊結構的應用情況和設計體系理論及其計算方法作了全面的介紹,這種新型結構得到廣泛應用必將促進和推動SP板的發展。

我國是一個人口眾多、土地資源缺乏的國家,人平均耕地面積只有一畝多。因此,多層建筑必將成為我國居住建筑的主流,但房屋的結構布置將以大開間、靈活隔斷的開放式建筑為發展方向,居住的布置方式和隨著居住人口和生活習慣的不同實現可變性。因此,能夠真正實現開放式建筑夢想的SP板與混凝土空心砌塊相結合的板塊結構體系將是我國目前和將來居住建筑的主要結構形式,SP板必將成為實現我國居住建筑可持續發展的重要建筑材料之一。在SP板廣泛應用的美國和日本等工業發達國家,SP板的主要用戶都是開間為9m-12m的大開間居住建筑,民用建筑中的應用量約占其生產總量的60%以上,這數據與我國國內使用SP板的情況卻相差甚遠,據不完全統計,國內使用SP板做住宅的比例不超過15%,究其原因:一是我國SP板引進時間短,應用經驗少,部分房地產開發商、設計院及居民用戶還不了解SP板;二是與SP板相配套的產品少,如抗壓強度高、施工速度快、結構整體性好的混凝土砌塊未能普遍推廣應用,以及施工方便、形式多樣的輕質隔墻材料少;三是部分地區政府部門限制預制板在居住建筑中使用的規定.但隨著我國住宅產業化進程的加快,混凝土空心砌塊的大量應用,各種輕質隔墻材料的開發利用以及各式各樣的建筑制品的商品化,為SP板的發展提供了廣闊的前景。天津“太平洋村”的住宅實景展區的樣板工程建筑已證明了SP板所具有的跨度大、質量好、施工周期短、綜合造價低、應用靈活多樣的優點。這也充分證明SP板在居住建筑中廣泛應用的可行性。

結語

目前,國內關于SP板應用技術僅有標準圖集和將要出版的施工手冊,其設計手冊正在編制之中,板的應用不是十分方便和成熟,還處于起步階段。因此,還需要各級政府部門的大力支持和技術人員的配合,使我國預制構件可持續發展,避免將來要依靠預制構件來解決建筑業中的某些問題時,再從新組建這個行業,從而鑄成歷史性的錯誤。

 

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