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潘本栋:SP预应力空心板在居住建筑中的应用和发展
 
 
导读

本文发表于2002年1月《混凝土》期刊,作者简介如下:

潘本栋,沈阳福星现代建材有限公司总工程师。

SP预应力混凝土空心板由美国SPANCRETE公司引进,该板跨度大,承载力高,抗震,隔音性能好。且板长可根据用户要求任意切割,不受建筑模数限制。其主要优点为:跨度可达18m,承载能力可达10kN/㎡,破坏荷载达20kN/㎡;开裂荷载超过10kN/㎡,且裂缝均匀细密;只发生延性的挠曲破坏,无脆断,卸载后的残余变形很小。对于满足大开间楼盖可以形成灵活分割的空间,实现丰富多变的户型,满足人们生活方式的多样性具有十分重要的意义。

我国的建筑混凝土预制行业已经走过了40多年的艰辛历程,也曾经有过它的辉煌,为我国的建筑业做出过不可磨灭的贡献。20世纪80年代后期曾有过低水平、低层次的过热发展,众多的乡镇企业,数不清的劣质产品及不平等竞争使全行业遭受了损失,混凝土预制构件业的总产量逐年下降,预制行业进入衰退期。目前,现浇混凝土楼板正迅速取代预制板,成为住宅楼盖的主要形式,这种变化在大城市更为突出,部分地区甚至行政规定取消预应力混凝土空心板屋盖和楼盖,统一采用钢筋混凝土浇制楼盖或屋盖。这一规定在某种程度上避免了因采用传统预制板所带来的质量通病,但也在极大程度上限制了SP板的应用和发展。近几年来,SP板虽然在我国取得了巨大发展,广泛应用于各个领域,但在占建筑业主流市场的住宅产业却应用甚少,受上述规定限制,各地房地产开发公司只能采用费工费时的现浇混凝土结构。

现浇结构在我国近几年来虽然取得了快速发展,但也逐渐暴露了其缺点。首先是结构抗裂性能差,由于商品混凝土及泵送带来混凝土成分和性能的变化,要求较大的流动性和坍落度,而且粗骨料较少,粉末含量高,容易离析,且体积稳定性差。现浇楼盖虽然具有较好的整体性,但由于约束多,温差应力加上现场施工不利因素的影响,容易产生裂缝,严重的裂缝贯穿板底,宽度可超过1.5mm。板的裂缝及因此而引起的渗漏已成为困扰住宅产业发展的重要原因。第二,现浇混凝土的施工工艺复杂,工期长,从支模板、绑扎钢筋到浇筑混凝土、拆模板,养护等工艺均在现场完成,使得质量和工期很难得到保证。第三,由于非预应力现浇混凝土楼板采用低强度等级的钢筋及混凝土,材料用量较大,因而加大了结构自重和造价。第四,现浇混凝土板跨度和承载能力有限,由于无法采用高强材料,非预应力钢筋的实心板楼盖适用的跨度仍然有限,很难形成真正意义上的大开间楼盖。此外,现浇混凝土需要较高的技术装备,如成套组装模板和支撑系统,充足的商品混凝土等等。同时,现浇混凝土也不符合现代化施工要求,现代化施工的重要内容之一是工厂化,装配化,标准化,现场湿作业量少且无粉尘及噪声等环境污染,如单纯强调现浇,不如说是混凝土施工技术的倒退。世界上很多发达国家建筑混凝土预制构件在混凝土施工技术中所占比例仍然比较大,大多是现浇和预制相结合,是以装配和半装配混凝土为主要发展方向。

SP板是利用国外先进的生产技术和工艺设备,采用高强度低松弛1860级钢绞线作为受力筋,混凝土强度等级达C45,使板在大跨度、重载情况下构件的截面高度大为降低,此时构件刚度裂缝问题可能成为楼板设计的控制条件,但由于SP板独特的边槽设计使得预制楼板的灌缝及面层作好后的整体作用和刚度加强,使得挠曲变形与计算相比成倍减小,并不影响楼板的使用功能。同时,SP板作为预制混凝土构件在工厂制作过程中已经越过了收缩峰值和峰期,并完成了大部分变形量,体积已基本稳定。另外,构件本身以预应力抵消拉应力,其裂缝控制性能远优于现浇混凝土结构。对于易出现渗漏的板缝,通过构造处理和精心施工是完全可以避免的,该板在防火性能检测试验时,由3块板拼制成尺寸为4.8mX3.6m的试件,板缝仅用掺适量膨胀剂的普通水泥砂浆灌筑,板上外加荷载为18kN/,在周边无约束的情况下,板底受温1000度1小时后,板缝仍然保持完整无损。因此,在SP板施工时,只要按照标准施工是完全可以避免出现板缝开裂的。

对于抗震问题,人们总有预制构件抗震性能不好的误解。其实,只要按现行设计规范和施工规程执行,同样可以满足各级烈度设防的要求。尤其引进的SP板,在国外,是一项十分成熟的技术,广泛应用于各级地震烈度区。其完善的隔板体系设计理论计算方法和节点构造,可充分保证地震水平荷载的传递和分配,满足结构安全度的要求。同时,还可在板上任意位置开孔,采取措施孔口尺寸可达1. 2m以上,可满足各种上下管道安装。与传统预制板相比具有施工简单,缩短工期等优点,能满足大跨、重荷、大开间楼盖的要求,实现真正意义上大开间的人性化住宅。

对于高层建筑和强地震区,可以采用叠合式SP板,即国标图集99ZG408中的SPD板。施工时利用SP板作底模,在板上现浇混凝土而形成的叠合板楼盖。上部现浇混凝土层内配置分布钢筋,支座处加配负弯矩钢筋。这种叠合板不仅具有预制板施工工期短、工艺简单,又具有现浇板式楼盖整体性好的优点,而且又避免了现浇楼盖易产生的收缩裂缝和预制板楼盖板缝处易产生渗漏的缺点;同时,由于叠合层的作用使得楼盖形成一整体,大大增加楼盖的承载力和刚度,减少了变形挠度;沿支座周边配置的负弯矩钢筋,增大抗力,减小变形;另外,还可在后浇的叠合层中铺设各种管道和埋件。

对于SP板在住宅产业中的应用,这几年来,我国的专家学者也做了大量的应用研究工作,取得了一定的成绩,由清华大学和北京市建筑设计研究院一起完成了SP板与混凝土墙连接节点的试验研究并获得国家专利局的认可,使得SP板在多、高层建筑的应用变成现实。目前,部分地区SP板在居住建筑中应用实现了零的突破,SP板应用于住宅中大开间的客厅部分已被人们所接受,应用SP板不仅具有施工速度快、降低房屋层高、隔音效果好的特点,还具有综合造价低的优点。在辽宁地区已用SP板建成开间为7. 5m的试用房,目前使用效果良好,但略感开间偏小,如果开间能够达到9m使用效果会更好。

近几年来,随着我国政府部门对粘土砖限制使用力度的加大,混凝土砌块得到了较大的发展,一种新的结构体系正在形成并逐步完善,即利用SP板和混凝土小型空心砌块配筋砌体一起组成板块结构体系,这种结构体系可充分发挥SP板大跨度和高强度砌块承重的功能,房屋的开间可达9m-12m,这也是SP板较经济的跨度,房屋的层数可达6-12层,对外墙门窗开洞的限制较为宽松,这些优良的特性必将受到建筑师的欢迎。与传统的结构相比,具有综合造价低、使用面积大、可进行灵活多样的分隔,充分实现以人为本的建筑思想。而且由于该结构体系中配筋砌体剪力墙与混凝土剪力墙结构受力性能相似,即具有强度高、延性好、施工方便等特点,是与SP板匹配的承重结构。此结构类型在国外应用非常广泛,尤其是在美国已形成一套完整的设计、计算体系理论,可用于多层,也可适用于高层建筑:既可在非地震区,也可在强地震区应用。2001年5月份由国标所组织的美国SP板协会和砌块协会的专家对美国的板块结构的应用情况和设计体系理论及其计算方法作了全面的介绍,这种新型结构得到广泛应用必将促进和推动SP板的发展。

我国是一个人口众多、土地资源缺乏的国家,人平均耕地面积只有一亩多。因此,多层建筑必将成为我国居住建筑的主流,但房屋的结构布置将以大开间、灵活隔断的开放式建筑为发展方向,居住的布置方式和随着居住人口和生活习惯的不同实现可变性。因此,能够真正实现开放式建筑梦想的SP板与混凝土空心砌块相结合的板块结构体系将是我国目前和将来居住建筑的主要结构形式,SP板必将成为实现我国居住建筑可持续发展的重要建筑材料之一。在SP板广泛应用的美国和日本等工业发达国家,SP板的主要用户都是开间为9m-12m的大开间居住建筑,民用建筑中的应用量约占其生产总量的60%以上,这数据与我国国内使用SP板的情况却相差甚远,据不完全统计,国内使用SP板做住宅的比例不超过15%,究其原因:一是我国SP板引进时间短,应用经验少,部分房地产开发商、设计院及居民用户还不了解SP板;二是与SP板相配套的产品少,如抗压强度高、施工速度快、结构整体性好的混凝土砌块未能普遍推广应用,以及施工方便、形式多样的轻质隔墙材料少;三是部分地区政府部门限制预制板在居住建筑中使用的规定.但随着我国住宅产业化进程的加快,混凝土空心砌块的大量应用,各种轻质隔墙材料的开发利用以及各式各样的建筑制品的商品化,为SP板的发展提供了广阔的前景。天津“太平洋村”的住宅实景展区的样板工程建筑已证明了SP板所具有的跨度大、质量好、施工周期短、综合造价低、应用灵活多样的优点。这也充分证明SP板在居住建筑中广泛应用的可行性。

结语

目前,国内关于SP板应用技术仅有标准图集和将要出版的施工手册,其设计手册正在编制之中,板的应用不是十分方便和成熟,还处于起步阶段。因此,还需要各级政府部门的大力支持和技术人员的配合,使我国预制构件可持续发展,避免将来要依靠预制构件来解决建筑业中的某些问题时,再从新组建这个行业,从而铸成历史性的错误。

 

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