张波：装配式建筑楼板的实践与探索

张波：

山东万斯达建筑科技股份有限公司董事长

国家装配式建筑产业技术创新联盟首批专家

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《装配式建筑楼板的实践与探索》

一、装配式建筑常见楼板形式及优缺点  

（一）钢制楼承板

1、压型钢板楼承板。

优点：自重轻；施工速度快，效率高。缺点：跨度小，刚度差；大跨需增加波高，钢筋难放置,混凝土用量大；民用建筑需吊顶；易变形，易漏浆。

2、桁架楼承板。

优点：自重轻、施工速度快；缺点：跨度小、刚度差；大跨需增加桁架密度，易漏浆；需吊顶；用于住宅去掉铁皮困难，还要反手抹灰。

（二）预制混凝土楼板

1、双T板

2、SP预应力空心板

优点：跨度大、刚度大；施工效率高、经济性好。缺点：单向配筋，冗余度差；支座适合铰接形式，难以形成刚接；起拱一致性不好控制，易出现板缝高差；板厚、自重大，影响层高；整体性差，抗震性能较弱。  

（三）钢筋混凝土叠合板

1、预应力混凝土平板叠合板。

优点：制作简单,成本低，抗裂性好。缺点：起拱一致性不好控制，易出现板缝高差；做双向板时，需做拉开缝做现浇带；板较厚，自重大。

2、钢筋混凝土平板叠合板。

优点：制作简单；缺点：刚度差，易开裂。

3、钢筋混凝土桁架叠合板。

普通钢筋桁架叠合板源于上世纪五十年代德国，在全球使用超过60年，在欧、美、日等发达国家大规模使用，技术较为成熟。本世纪初引入中国，并在实际工程中得到大量应用。但由于国情的不同，该技术在我国实际应用也产生了一些痛点。如：

· 厚度较厚。规范规定的厚度在60mm以上，再加现浇层80mm，造成叠合后整体厚度大于140mm。目前国内现浇板的厚度普遍在120mm左右，直接造成结构自重增加15%左右。

· 支撑多。支撑普遍在1.2~1.5米左右。比现浇板没减多少。

· 板缝多、现浇带多。规程规定，该板必须进行拉缝，以使用钢筋进行搭接，从而形成双向板。而且板缝不能位于跨中，从而使每个房间的板缝多于两条。若进行并缝密拼处理，后浇层厚度须大于2h/3，从而又增加了结构自重。密拼缝只能做单向板整体接缝施工复杂，技术难度大。钢筋受损严重 现浇带现场做法钢筋复位困难，钢筋受损伤。管线穿行困难。

· 四面出筋。四面出胡子筋。规程规定，桁架叠合板钢筋须进入支座，从而造成胡子筋和梁负筋打架，造成极大的施工困难。

· 刚度差、易开裂。该产品由于是一个非预应力产品，在存放、运输、吊装过程中极易变形开裂。

· 自重大、板幅小。每平方米容重150kg，生产、运输、吊装效率差。

· 标准化程度低。设计工作量大；模具消耗量大；用工多；生产效率低。

· 造价高。由于设备投资大，用钢量大，还有上面提到的诸多原因，比现浇成本增加。

· 安全隐患多。因补空板模板的存在，叠合板底需调平。调平用模板会导致脚手架受力不均，部分脚手架立杆受力过大。

钢筋桁架叠合板是目前国内最为流行的叠合板预制底板，为了其得到更好地应用，国内有不少专家教授都在积极研究解决办法。

（四）PK预应力混凝土叠合板

三、新型预应力混凝土叠合板的研发历程

1999年，周绪红和吴方伯教授开始研究带肋叠合楼板，PK1型由周院士2004年发明，并获2008年国家科技进步二等奖，在周院士指导下又历经十年之功先后推出了第二代和第三代产品。PK3型板已经大规模推向市场，其采用混凝土钢管桁架肋，刚度适中、承载能力强、自重轻、宽度大、韧性好、生产效率高，方便穿插管线，可彻底解决传统桁架板厚度过厚、四面出筋、拉板缝、易开裂、跨度小、支撑多、造价高等痛点。

PK一代板。关键词：10年=1999年-2009年、发明专利买断、1000万、国家科技进步二等奖；应用中存在的问题：矩形肋的矩形洞脱模困难。

PK二代板。关键词：专利成果转化、专利→产品→产线、技术体系与系统工程研发、累计应用面积超500万平米；应用中存在的问题：刚度太大不利调整板差、T型肋支模难度大影响生产效率、现场的管线工作量增加。

为解决二代板的问题，研发PK三代板，我们对多种技术方案做了探索。

·典型试验1        

预应力底板+普通钢筋桁架。结论：中间不设支撑状态下加载至1KN/m2时无开裂，跨中总挠度L/279；加载至1.5KN/m2时，板下挠严重，跨中上弦钢筋弯曲，失去承载力；不能满足施工要求。

·典型试验2  (与山东大学合作）      

预应力底板+矩形钢管桁架 （管内填50MPa砂浆）；板尺寸3.9 X1m，板厚30mm；10根Φ5预应力筋，桁架上弦为50mmx100mm矩形钢管内填砂浆；混凝土C40。结论：中间不设支撑状态下，加载至3KN/m2时出现裂缝，跨中挠度15mm (即1/250L) ；加载至6KN/m2时，挠度加大，跨中上弦钢管鼓曲；钢管桁架腹筋与混凝土底板锚固良好，未有拔出现象。

满足施工要求，但制作成本高。

·典型试验3            

预应力底板+钢管桁架（管内填50MPa砂浆)板长3.600m ，板宽1m ，平均板厚 35mm；

预应力筋面积 157mm2；混凝土采用C40。结论：外加荷载，2.5KN/m2底板跨中位移值14mm (即1/250L)；加载至5.45KN/m2 时,挠度加大，跨中钢管鼓曲；钢管桁架腹筋与混凝土底板锚固良好，未有拔出现象；满足施工要求，制作成本下降。

·典型试验4 (与山东建筑大学合作）          

两种工况荷载试验板。尺寸4.55X2.1m，板厚35mm，34根Φ5预应力筋，混凝土C40；

工况1——中间不设支撑：挠度18mm(即1/250L)时，加载为2.10kN/㎡；

工况2——中间增设1道支撑：继续加载至7.67kN/㎡（1.3倍承载力荷载值）时，第一跨挠度下降1mm，第二跨挠度下降2mm，无裂缝。

·典型试验5 (与山东建筑大学合作）

大跨连续板荷载试验。板尺寸8.020X1.0m，板厚40mm，30根Φ5预应力筋，混凝土C50；

本次试验最大挠度4mm时，加载为13.36kN/㎡。

·典型实验6 （与湖南大学合作）        

受力双向性实验。与有限元分析对比试验与模拟结果进行对比可以发现，有限元计算模型板底受拉损伤与试验板的实际裂缝分布基本一致，在预制底板上形成了明显的塑性铰线。是典型双向受力。

·典型试验7 (与天津大学合作）          

预应力方向叠合后载荷试验。预应力方向叠合后试件试验（3米）。板厚140mm、160mm结论：叠合后承载能力好；叠合后新老混凝土配合良好；弹性工作状态下，单向简支挠度约1/500~800，性能好于普通现浇板。

·典型试验8(与天津大学合作）

密拼叠合后载荷试验。垂直预应力方向3块1米板密拼叠合后试件试验（3米）。结论：叠合后承载能力好；密拼完全可以形成双向板；活荷载5KN/m2时，处于弹性工作状态，挠度约1/400。

·典型试验9            

吊装荷载试验。四个吊点，施工吊装荷载每个吊点2.70KN，实验每个吊点能承受荷载超过10KN，安全系数大于4。

·典型试验10        

悬挑载荷试验5m长板，悬挑1.5m荷载加至500kg/m2,端头挠度下降22mm（约L/70）,支座处无裂缝；5m板，悬挑2m荷载加至200kg/m2,端头挠度下降30mm（约L/60）,支座处无裂缝；

·防火试验

（国家建筑工程质量监督检验中心完整性：大于121分钟 ；隔热：大于121分钟；承载能力：大于121分钟

四、钢管桁架预应力混凝土叠合板的优势

1、板型薄。厚度35mm左右，叠合后110mm~125mm左右，极大减轻结构自重少用混凝土、钢材，节能减排；减少运输，减少城市压力 。

2.支撑少。支撑间距可达4米。钢框架结构安装过程无支撑。

3.无补空板。主受力方向钢筋为预应力钢筋，横向钢筋施工时后穿，形成双向板；

4.一面出胡子筋，安装方便。“隐模切板”工艺后亦可不出筋。

5.刚度可调节，不开裂。由于采用预应力技术，上部受压区采用钢管桁架，钢管内注入砂浆，保证了在用钢量最小的情况下有足够的刚度；

6.板幅大、自重小。最大可做到3X12平方米，容重仅为85千克/平方米左右，极大地提高了生产、运输、吊装效率。

7.施工效率高。穿插作业、并行施工第二层楼面钢筋绑扎完毕，准备浇筑混凝土

第三层安装完PK3型板。

8.节省成本。

9.产线自动化水平高。

10.投资少、回收快建厂成本省、投资回收快。满足同样产能要求，PK3型板产线装备的投资省一半。

五、智能流水线装备介绍（PK3型板）

钢管桁架预应力混凝土叠合板智能化流水线主要由固定生产线系统和跨线移动设备两大部分组成。

该系统在结构上集运行轨道、应力承受、模板模具、张拉防护、喷淋覆盖、整体温控养护、钢筋下料输送、跨线设备摆渡、电力及压缩空气输送等多功能于一体，集成化、标准化、模块化，功能完善、组合方便，组线长度可调，满足不同用户需求。

跨线移动设备可实现混凝土数字化智能布料、振捣，专业化起板、码放、转运，多条固定生产线系统共用，流水化作业，减少设备投入，提高生产效率。

六、PK3型板的应用场景

（一）小跨度叠合板

跨度≤4.2m ；总板厚110mm；降低板厚，减轻结构自重。应用于混凝土剪力墙结构，在钢框架结构工程中的成本节约优势更为明显。

（二）中等跨度叠合板

4.2m<跨度≤6.0m ；总板厚:120~160mm；量大面广，适用各种结构形式。

（三）跨梁连续叠合板

单跨跨度≤4.5m ；板总长度≤9.0m ；总板厚:120~130mm；

形成连续板，降低挠度，减少支撑；减少构件种类及数量，提升吊装效率。

（四）大跨度叠合板

6.0m<跨度≤9.0m ；总板厚:160~250mm；实心板+空心板+减重箱，减少次梁。

（五）超大跨度叠合板

9.0m<跨度≤15.0m ；总板厚≥220mm；减重箱+井字梁，适用超大跨、重载。

（编辑：奚雅青）

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