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山东万斯达建筑科技股份有限公司

装配式建筑以建造速度快、节约劳动力、提高建筑质量和绿色环保的优点,正被大力推广和应用。根据近日发布的山东省装配式建筑发展规划(20182025),2020年济南、青岛两市装配式建筑占新建建筑比例要达到30%以上,2025年全省装配式建筑占比要达到新建建筑的40%以上。预应力混凝土钢管桁架叠合板(以下简称PKⅢ型板)作为装配式建筑的重要组成部分,具有免模板、成本低、施工方便等优点,能够大大提高施工速度、缩短工期,已被越来越多的工程应用。

1.PK板的发展历程

PK板是中文“快速、拼装”的手写字母,目前已发展到三代产品。初代PK板采用矩形混凝土肋,肋孔为矩形;二代PK板采用T形混凝土肋,肋孔椭圆形。两种产品均具有刚度和承载能力非常大的优点,但由于肋孔限制,导致现场施工穿插管线不方便。而PK板Ⅲ型则很好的解决了这个问题。PKⅢ型板是在钢筋桁架叠合板与PK预应力混凝土叠合板的基础上研发的新产品,将PK预应力混凝土叠合板中混凝土肋替换为内注灌浆料的刚管桁架,从而在保证板受压承压面积的基础上,大大缩短了叠合板的制作周期,同时不受肋孔的限制,管线可任意穿插过桁架,提高施工速率。

2. PK板的性能介绍

现行采用的桁架钢筋混凝土叠合板,底板为60~80mm厚C30混凝土,底板钢筋及钢筋桁架的上弦、下弦钢筋采用HRB400钢筋,钢筋桁架腹杆钢筋采用HPB300钢筋,底板钢筋双向布置。桁架钢筋混凝土叠合板在大量应用的同时,也暴露出一些问题:

1)厚度较厚:预制底板通常厚度60~80mm,叠合层最小厚度70(有胡子筋)~100mm(无胡子筋),叠合板最小厚度130~150mm(有胡子筋)或160~200mm(无胡子筋),板厚自重大,面密度达150~200kg/m2,材料用量大,装载率和运输效率低;

2)支撑密度大:支撑间距1.2~1.5m;

3)双向板拼接需设置现浇带,施工繁琐;

4)板端留置胡子筋,影响端部支撑梁钢筋绑扎,取消胡子筋则叠合板较厚(最薄160mm);

5)制作复杂,生产效率低下

6)容易变形和开裂,破损率高,堆放层数少,存放场地需求大;

7)模具消耗量大,摊销费用高。

  PKⅢ型板由C40、C50混凝土底板、1570级消除应力钢丝和钢管混凝土桁架组成,底板厚度35mm 40mm,标准宽度1.0m 1.5m 2.1m,长度2.1~9.0m,与现浇层共同作用形成叠合板。

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图1.PKⅢ型板

PKⅢ型板钢管桁架上弦杆采用钢管灌注微膨胀高强砂浆,砂浆抗压强度标准值≥50MPa;腹杆采用HPB300级直径6mm钢筋,高度根据叠合板厚度可调整。

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图2.钢管桁架立面图

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图3.钢管桁架剖面图

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PKⅢ型板为施工阶段有可靠支撑的叠合式受弯构件,预制底板上表面为粗糙面,与叠合层混凝土完全粘结为整体,共同受力。预制底板的保护层厚度均为20mm,耐火极限为2.0h

PKⅢ型板是国际上最薄、最轻的叠合板,预制底板仅为35~40mm,自重仅为87.5~100Kg/m2,叠合后厚度可达120mm。其优点如下:

1)用钢量最省:底板采用1570级消除应力钢丝,其抗拉强度为三级钢的4.2倍,比其他叠合板节省用钢量60%;

2)结构性能好:承载能力最强,破坏性试验荷载每平方可达13kN/m2

抗裂性能好,底板采用的预应力筋极大的提高了混凝土的抗裂性能;底板厚度小,密拼布置可形成双向板受力;

3)采用标准宽度,能够实现标准化生产,不仅模具摊销少,还可大大减少设计工作量;同时与传统钢筋桁架叠合板相比,用于钢结构降低成本100元/m2,用于混凝土结构降低40~60元/m2,生产成本大幅降低;

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图4.PKⅢ型板生产线

(长线张拉,标准化生产,效率高)

4)底板厚度薄,单块板面积最大可达20m2(2.1m×9m),重量仅为2t,混凝土和钢筋用量少,存放场地少,装载率高,运输成本低,安装成本低;

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图5.PKⅢ型板运输

(装载率高)

5)安装方便:仅留一端胡子筋,与端部梁不干涉;

6)浇筑叠合层前不需要支撑,浇筑叠合层时需要支撑少,可穿插施工,节约工期。

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图6.PKⅢ型板施工图一

(浇筑叠合层前一般不需要支撑系统)

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图7.PKⅢ型板施工图二

(浇筑叠合板时脚手架用量非常少,节约费用和工期)

为规范PKⅢ型板使用,现已编制《预应力混凝土钢管桁架叠合板》图集(图集号L18ZG401),图集由设计说明、选用表、构造详图三部分组成。设计说明就PKⅢ型板的结构性能、计算规定、计算原理、计算验算、制作及施工要求、质量要求进行了详细说明;选用表中列出了标准宽度下各跨度下不同荷载等级的叠合板,可供直接选用;构造详图中说明了支座、连接及洞口补强等构造要求。

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图8.预应力混凝土钢管桁架叠合板图集

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图9.PKⅢ型板底板模板及配筋图示意图

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图10.PKⅢ型板部分板选用表

PKⅢ型板标准宽度为1.0m、1.5m、2.1m,1m以下选用补空板;标志跨度为2.1m~9m,允许附加荷载(除预制底板自重和叠合层自重外)设计值分为七级:4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0kN/m2。叠合板选用步骤为:

1)根据楼面附加永久荷载和可变荷载标准值,计算允许附加荷载设计值;

2)根据板跨度和附加荷载设计值直接从选用表中选用叠合板。

3. PKⅢ型板的应用介绍

PKⅢ型板适用于抗震设防烈度为6~8度地区、处于环境类别为一类和二a类的一般多、高层工业与民用建筑。建筑结构安全等级为二级,设计使用年限为50年,重要性系数为1.0。

PKⅢ型板自投入生产使用,已应用于多个项目,并取得了巨大的经济效益。如轨道交通安置房项目(已封顶,2万m2)、济南工程职业学院产业化实验楼项目(已验收,1.3万m2莱钢文昌湖安置房项目16# 17#楼(已验收,1万m2)、滕州七所中小学项目(全部接近封顶,共12.2万m2)、潘庄、田庄安置房项目(设计完成,共16万m2)、赵家庄安置房项目(设计完成,共8万m2)、董家安置房项目(设计完成,15万m2)、郭家安置房项目(设计完成,20万m2)等等。

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图11.轨道交通安置房项目

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图12.济南工程职业学院产业化实验楼项目

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图13.莱钢文昌湖安置房项目

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图14.安置三区中学项目

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图15.滕州七所中小学项目