鋼筋桁架疊合板的新設(shè)計方法及其對生產(chǎn)方式的影響

鋼筋桁架疊合板新的設(shè)計方法及其對生產(chǎn)方式的影響????主要內(nèi)容

引言

《鋼筋桁架疊合樓板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》簡介

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法

結(jié)束語

研究背景研究背景?

?

引言《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ

-2014第6.6.1條規(guī)定：

裝配整體式結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用疊合樓蓋。

目前，國內(nèi)流行采用的疊合樓板預(yù)制底板為鋼筋桁架板。鋼筋桁架預(yù)制

板基本成為國內(nèi)大多數(shù)預(yù)制構(gòu)件廠的標(biāo)配。研究背景??

引言預(yù)制構(gòu)件廠有點點痛苦——模具太多，效率低下，較耗人工。施工單位感受不到快樂——工藝與現(xiàn)澆區(qū)別不大，質(zhì)量不大好控制。?業(yè)主似乎也高興不起來——貴！60mm厚鋼筋桁架預(yù)制板2019年7月市場參考價（元/立方）：

北京3880，上海3617，天津3890，深圳

3596；研究背景?

引言令人羨慕的歐洲流水生產(chǎn)線。研究背景?

引言兩種疊合板連接方式：留設(shè)后澆帶（常用）和密拼（少用）。

(a)

板底縱筋直線搭接

(b)

板底縱筋末端帶135°彎鉤搭接

(c)

板底縱筋末端帶90°彎鉤搭接1-通長鋼筋；2-受力縱筋；3-預(yù)制板；4-后澆層；5-后澆層內(nèi)鋼筋

GB/T

51231-2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》

(a)

拼縫平行于受力方向

(b)拼縫垂直于受力方向1-預(yù)制板；2-后澆層；3-底板受力縱筋；4-底板分布鋼筋；

5-疊合面分布鋼筋；6-鋼筋桁架；7-拼縫處縱筋

德國規(guī)范

DIN

1045-1?

引言對密拼疊合板存疑！拼縫開裂？拼縫處縱筋如何配？按GB/T

51231后澆層大于100，總厚達(dá)160

太厚了，不經(jīng)濟(jì)？剛度減小，滿足剛性

樓蓋嗎？桁架鋼筋有啥用？

多余？浪費？懷疑壓型鋼板樓蓋嗎？《鋼筋桁架疊合樓板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》簡介關(guān)鍵問題研究主要研究單位研究資助單位預(yù)制板端部出筋

清華大學(xué)等

華潤集團(tuán)密拼雙向板板縫

同濟(jì)大學(xué)等

龍信集團(tuán)桁架鋼筋預(yù)埋吊件

中國建科院等

中國建科院主編單位：龍信建設(shè)集團(tuán)有限公司

建研科技股份有限公司參編單位：同濟(jì)大學(xué)，清華大學(xué)，

上海天華建筑設(shè)計有限公司等14

家。

中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋桁架疊合樓板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》

預(yù)計2019年8月底召開標(biāo)準(zhǔn)審查會，2019年底發(fā)布實施?！朵摻铊旒墀B合樓板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》簡介1

總則2

術(shù)語和符號2.1

術(shù)語2.2

符號3

材料4

鋼筋桁架4.1

外形尺寸及構(gòu)造4.2

鋼筋桁架的制作4.3

質(zhì)量檢驗5結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1

一般規(guī)定5.2

構(gòu)件設(shè)計5.3

板縫節(jié)點設(shè)計5.4

支座節(jié)點設(shè)計6

制作、運輸與堆放6.1

一般規(guī)定6.2

模具6.3

桁架預(yù)制板制作6.4

桁架預(yù)制板運輸與堆放6.5

質(zhì)量檢查7

施工與驗收7.1

一般規(guī)定7.2

桁架預(yù)制板吊裝準(zhǔn)備7.3

桁架預(yù)制板吊裝7.4

混凝土澆筑7.5

質(zhì)量驗收附錄A

鋼筋桁架力學(xué)性能試樣及測試方法附錄B

桁架預(yù)制板短暫設(shè)計狀況驗算附錄C

60mm厚桁架預(yù)制板?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法試驗方案

36個試件

參數(shù)設(shè)置

l

鋼筋桁架位置（60/140）

l

拼縫處縱筋搭接長度（取ll/通長）

l

拼縫處縱筋位置（在上/在下）

l

拼縫設(shè)置位置和數(shù)量（單拼縫/

雙拼縫）

l

疊合板高度（140/160/200）

l

拼縫寬度（密拼/30mm后澆縫）

l

加載方式（兩線/八點）

l

配筋率?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法疊合板和整澆破壞形態(tài)的對比

（b）試件PS1-1

（d）試件PS1-2

（f）試件PS1-3

（h）試件PS1-4

（j）試件PS4-5（m）試件PS4-5

（a）試件CS1-1（c）試件CS1-2（e）試件CS1-3（g）試件CS1-4（i）試件CS4-5（k）試件CS4-5?

疊合板試件和整澆板試件均呈現(xiàn)適筋受彎破

壞特征。?

達(dá)到峰值荷載時，整澆板試件均未出現(xiàn)板面

混凝土壓碎現(xiàn)象，而疊合板試件均出現(xiàn)板面

混凝土壓碎現(xiàn)象；?

整澆板試件板側(cè)裂縫較多，且分布較為均勻

，而疊合板試件裂縫相對較少，且拼縫兩側(cè)

第一道裂縫距拼縫均較大，跨中拼縫寬度較

寬；?

疊合板均出現(xiàn)沿疊合面的撕裂，平均撕裂長

度為27cm；?

整澆板試件破壞時呈圓弧狀，疊合板試件破

壞時呈二折線狀。P/kNP/kNP/kN?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法后澆層厚度的影響試件CS1-1和PS1-1

h=140mm試件CS1-3和PS1-3

h=200mm500201510

5

0504540353025

100Δ/mm

CS1-1

PS1-1150

20050080604020

0160140120100

100Δ/mm

CS1-3

PS1-3150

2001505004020

0100

80

60

100Δ/mmCS1-6PS4-6

200試件CS1-6和PS4-6

h=160mm?

疊合板試件的受彎承載力/剛度低于整澆板試件5~15%，且隨板厚的增加，二者的

受彎承載力和剛度越為接近。?

接縫處垂直于接縫的板底鋼筋搭接區(qū)域后澆混凝土疊合層厚度不宜小于桁架預(yù)制

板厚度的1.3倍，且不應(yīng)小于75mm。P/kNP/kNP/kNP/kNP/kNP/kNP/kN10PS3-3PS1-2PS3-250Δ/mm

1000w/mmPS3-3w/mm?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法鋼筋桁架位置的影響

50

40

30

20

PS1-1

PS3-1

0

0

40

80

120

160

Δ/mm

（a）試件PS1-1和PS3-1140120100

80

60

40

PS1-3

20

0

0

40

80

120

160

Δ/mm

（c）試件PS1-3和PS3-3605040302010

0

0

150

（b）試件PS1-2和PS3-2200150100

50

PS1-4

PS3-4

0

20

40

60

80

100

Δ/mm

（d）試件PS1-4和PS3-4

a=60mm與a=140mm試件的荷載-跨中撓度曲線較為接近，說明兩者的剛度和承載力接近。極限承載力互有高低，相差均在10%以內(nèi)。板厚為140mm時，a=140mm疊合板試件的板底拼縫開裂寬度發(fā)展稍快，板厚為200mm時，a=60mm和a=140mm疊合板試件的板底拼縫開裂寬度相近。

（a）a=60mm的試件（PS1-1、PS1-2、PS1-3、PS1-4）

（b）a=140mm的試件

（PS3-1、PS3-2、PS3-3、PS3-4/p>

80

60

40

PS1-3

20

0

0

5

10

（b）試件PS1-2和PS3-250403020

PS1-110

PS3-1

0

0

20

40

（a）試件PS1-1和PS3-1

200

150

100

50

PS1-4

PS3-4

0

0

5

10

15

20

w/mm

（c）試件PS1-3和PS3-3P/kNB/103kN·m2P/kNP/kNB/103kN·m2w/mm404010PS4-8Δ/mm?拼縫處縱筋構(gòu)造（位置和搭接長度）密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法（a）拼縫處縱筋搭接長度取ll的試件（PS1-1、PS1-2）20

PS1-1

PS4-7

0

0

50

100

150

Δ/mm

（a）試件PS1-1和PS4-7

（b）拼縫處縱筋通長的試件（PS4-7、PS4-8）（1）荷載-撓度曲線

50

70

60

50

303020

PS1-210

0

0

20

40

60

80

100

（b）試件PS1-2和PS4-8（b）試件PS1-2和PS4-8

（a）試件PS1-1和PS4-7

（b）試件PS1-2和PS4-8

拼縫處縱筋通長試件的極限承載力比搭接長度取ll的試件平均高10%，且剛度稍大，板底拼縫開裂寬度較小。0500400300200100

0

20P/kNPS1-1PS4-7

40400300250200150100

50

020

P/kNPS1-2PS4-8

601064202010

0（2）板底拼縫寬度

70

60

50

40

30PS1-2PS4-8

8P/kNP/kNB/103kN·m2P/kNB/103kN·m2PS2-1PS5-1?（a）試件PS2-1和PS5-1（b）試件PS2-2和PS5-2雙拼縫試件剛度與單拼縫試件較為接近。（a）單拼縫試件（PS1-1、PS1-2）（b）雙拼縫試件（PS5-1、PS5-2）600500400（a）試件PS2-2和PS5-2

PS2-1

600

PS5-1

500

400300

300200

200100

100

0

0

0

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

60

70

P/kN

P/kN

（a）試件PS2-1和PS5-1

（b）試件PS2-2和PS5-2

拼縫設(shè)置在彎矩較小位置并通過合理的配筋

可提高疊合板的承載力，減小板底拼縫開裂寬度，PS2-2PS5-25020

0

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法雙拼縫和單拼縫對比

100

80

60

40

10w/mm

PS2-2

PS5-215

20

（1）荷載-撓度曲線605040302010

0

0

40

80

120

160

Δ/mm400100

80

60

40

20

0

80Δ/mm

PS2-2

PS5-2120

160?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法密拼縫處的三種可能的破壞模式（1）新舊混凝土結(jié)合面受剪破壞（撕裂）；（2）縱向鋼筋間接搭接失效；（3）拼縫處受彎破壞。

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法鋼筋桁架對疊合面撕裂的限制作用圖4.7

不同鋼筋桁架位置試件疊合面撕裂裂縫llll未設(shè)置鋼筋桁架的密拼疊合板試件發(fā)生脆性的疊合面撕裂破壞；設(shè)置鋼筋桁架的試件疊合面也會發(fā)生撕裂，但撕裂裂縫得到了有效控制；疊合面撕裂裂縫在未越過鋼筋桁架時寬度較大，撕裂裂縫越過鋼筋桁架后寬度明顯降低；隨著鋼筋桁架與拼縫的距離a縮小，疊合面的撕裂裂縫長度也會明顯減小。

因此，設(shè)置鋼筋桁架可以有效控制疊合面的撕裂，保證預(yù)制底板與后澆層協(xié)同受力，鋼筋桁架距拼縫越近，對疊合面的撕裂控制越有效。（a）文獻(xiàn)[29]中未設(shè)置鋼筋桁架的密拼疊合板試件（b）文獻(xiàn)[29]的鋼筋桁架密拼疊合板試件（a=300mm）（c）試件PS1-2（a=60mm）（d）試件PS3-2（a=140mm）預(yù)制建筑網(wǎng)鋼筋桁架作用密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法密拼縫處鋼筋桁架控制

當(dāng)接縫處的鋼筋桁宜平行于接縫布置時，在一側(cè)縱向鋼筋的搭接范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置不少于2道鋼筋桁架，且上弦鋼筋的間距不宜大于桁架疊合板總板厚的2倍，且不應(yīng)大于400mm；靠近接縫的桁架上弦鋼筋到桁架預(yù)制板接縫邊的距離不宜大于桁架疊合板總板厚度，且不應(yīng)大于200mm。?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法密拼縫處的受彎承載力計算桁架疊合板的截面受彎承載力計算應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010的有關(guān)規(guī)定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1當(dāng)桁架預(yù)制板與后澆疊合層混凝土強(qiáng)度等級不同時，應(yīng)按照受壓區(qū)所處混凝土的強(qiáng)度等級計算受彎承載力；2整體式接縫處的受彎承載力不應(yīng)低于接縫兩側(cè)疊合板的受彎承載力。wc,bwc?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法密拼縫處的板底裂縫

在計算板底拼縫開裂寬度時，密拼疊合板后澆層可單獨視作一塊整板，采用規(guī)范GB

50010，再按平截面假定放大至板底拼縫-2010中7.1.2節(jié)的公式計算后澆層疊合面處的裂縫寬度處，板底拼縫開裂寬度wc,b的計算公式如下。21.50.5000.21

1wt,b本文文獻(xiàn)[24]wt,b=2.2wc,b-001.5

10.52

1wt,b

-20%本文文獻(xiàn)[24]+20%（a）板底拼縫開裂寬度實測值wt,b與計算值wc,b

對比（b）板底拼縫開裂寬度實測值wt,b與計算值wc

對比?

密拼鋼筋桁架疊合板受彎性能試驗研究和設(shè)計方法密拼縫的幾何構(gòu)造研究背景結(jié)束語1

所介紹的內(nèi)容是《鋼筋桁架疊合樓板應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（送審稿）的內(nèi)容，僅供參考，不作為設(shè)計/生產(chǎn)/施工的依據(jù)。研究背景結(jié)束語2

國外相關(guān)新技術(shù)的引進(jìn)，需要通過研究使其“中國化”，通過標(biāo)準(zhǔn)使其落地。研究背景結(jié)束語3

裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)是在保證安全的前提下，充分考慮方案的易施工性。高效施工的前提是有適于高效施工的結(jié)構(gòu)，智能建造的前提也是有適于智能建造的結(jié)構(gòu)?！昂谩钡脑O(shè)計，方有“好”的施工。研究背景謝謝！敬請批評指正！趙

勇

Email：yongzhao@

手機(jī)/微信址：上海市四平路1239號同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院樓

建筑工程系A(chǔ)406（郵編：200092）

Part.2

試驗方案

測量方案（1）位移計布置圖2.3

位移計布置示意

Part.2

試驗方案

測量方案（2）應(yīng)變片布置圖2.4

應(yīng)變片布置示意wc,bwc三、計算方法分析Part.4

傳力機(jī)理分析（1）板底拼縫開裂寬度分析

在計算板底拼縫開裂寬度時，密拼疊合板后澆層可單獨視作一塊整板，采用規(guī)范GB

5001021.50.5000.40.2

1wt,b本文文獻(xiàn)[24]21.50.5000.5

21.5

1

1wt,b本文文獻(xiàn)[24]（a）板底拼縫開裂寬度實測值wt,b與計算值wc,b

對比（b）板底拼縫開裂寬度實測值wt,b與計算值wc

對比-2010中7.1.2節(jié)的公式計算后澆層疊合面處的裂縫寬度處，板底拼縫開裂寬度wc,b的計算公式如式（4-5）。

（4-5）

1

wt,b=2.2wc,b-0.2

0.8

0.6，再按平截面假定放大至板底拼縫

（mm）

（4-6）

+20%

-20%B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2B/103kN·m2三、計算方法分析Part.4

傳力機(jī)理分析40301000500400300200100

20P/kN按整板計算按后澆層計算實測值605040100060050040030020010020

30

P/kN按整板計算按后澆層計算實測值120800030002500200015001000

50040

P/kN按整板計算按后澆層計算實測值200002500200015001000

500P/kN按整板計算按后澆層計算實測值504030100020010050040030020P/kN按整板計算按后澆層計算實測值60400030020010070060050040020

P/kN按整板計算按后澆層計算實測值12090300050015001000

60P/kN按整板計算按后澆層計算實測值2000050015001000P/kN按整板計算按后澆層計算實測值（a）試件PS1-1（b）試件PS1-2（c）試件PS1-3（d）試件PS1-4（e）試件PS2-1（f）試件PS2-2（g）試件PS2-3（h）試件PS2-4（2）剛度分析

在拼縫處縱筋屈服前，疊合板試件剛度實測值的曲線均位于按整板計算的計算值曲線之上或與之接近，說明按整板厚度和預(yù)制底板縱筋計算的剛度具有較高的安全度。因此，在正常使用狀態(tài)下，建議剛度計算可用規(guī)范GB

50010-2010的公式按整板厚度和預(yù)制底板縱筋進(jìn)行計算。P/kNP/kN筑網(wǎng)P/kN建P/kNP/kN制P/kNP/kN預(yù)P/kNε/10-3ε/10-3ε/10-30.5

ε/10-3三、計算方法分析Part.4

傳力機(jī)理分析00ε/10-3試驗值實測值2.520.500605040302010

1

1.5ε/10-3試驗值計算值32100160140120100

80

60

40

20試驗值計算值005040302010ε/10-3試驗值計算值2.521

1.50.500504030201060試驗值計算值32100140120100

80

60

40

20160試驗值計算值21.5100353025201510

5試驗值計算值2.520.50080604020100

1

1.5ε/10-3實測值計算值（a）試件PS1-1（b）試件PS1-2（c）試件PS1-4（d）試件PS3-1（e）試件PS3-2（f）試件PS3-4（g）試件PS4-5（h）試件PS4-6（3）受彎承載力分析

從圖中可以看出，拼縫處縱筋應(yīng)變計算值和實測值都較為接近，說明正常使用狀態(tài)下后澆層滿足平截面假定，拼縫處正截面受彎承載力可按規(guī)范規(guī)范GB50010-2010中6.2節(jié)的相關(guān)公式按后澆層單獨受力進(jìn)行計算。

50

40

30

20

10Part.4

傳力機(jī)理分析三、計算方法分析（3）受彎承載力分析（a）跨中非拼縫截面受力分析（不計拼縫處縱筋）（b）跨中拼縫截面受力分析

文中試件拼縫處縱筋屈服時的承載力比計算值平均高1%，近似相等。試件撓度達(dá)1/50L時，密拼鋼筋桁架疊合板的承載力實測值比計算值平均高36%，因此按規(guī)范GB

50010-2010中6.2節(jié)的相關(guān)公式進(jìn)行承載力計算較為可靠。l

預(yù)制底板按受力設(shè)計時l

預(yù)制底板作為模殼使用時（4-7）（4-8）（4-10）（4-9）設(shè)計建議Part.5Part.5

設(shè)計建議

（1）配筋設(shè)計和受彎承載力計算

l

預(yù)制底板按受力設(shè)計時

后澆層按拼縫處縱筋計算的受彎承載力M2，

需等同按預(yù)制底板配筋面積的整澆板的受彎承載力

M1。設(shè)計拼縫處縱筋時，其配筋面積需使承載力計

算值M2

≥

M1

，即：

式中：d2——拼縫處縱筋直徑；

b——桁架鋼筋疊合板單位板寬，取為1000mm；

——系數(shù)，對于C50等級以下的混凝土取1.0；

As1——為預(yù)制底板受力縱筋單位板寬的配筋面積；

As2——為拼縫處縱筋單位板寬的配筋面積；

h0——非拼縫截面的有效高度；

x1——非拼縫截面混凝土的等效受壓區(qū)高度；

x2——拼縫截面混凝土的等效受壓區(qū)高度。

l

預(yù)制底板作為模殼使用時

預(yù)制底板作為模殼使用時，底板鋼筋采用構(gòu)造配筋，此時后澆層按拼縫處縱筋計算的承載力應(yīng)大于正常使用狀態(tài)下的承載力設(shè)計值Mu，即M2≥Mu，此時拼縫處縱筋的面積按下式進(jìn)行計算：

鋼筋桁架腹桿筋抗拉力驗算式中：T——鋼筋桁架腹桿筋的抗拉力

n——拼縫處縱筋搭接區(qū)段內(nèi)鋼筋桁架的數(shù)量；

fyv——腹桿筋抗拉強(qiáng)度實測值；

Asv——腹桿筋總面積；

Ft——鋼筋肋對混凝土產(chǎn)生的斜向擠壓力的徑向分力；

θ——斜向擠壓力與縱筋水平力的夾角，取θ=45°。式中：——按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB

50010-2010計算的疊

合面處最大裂縫寬度；

h——為疊合板總高度；

h2——為后澆層厚度；

x——后澆層混凝土的等效受壓高度。（3）剛度計算

密拼鋼筋桁架疊合板在正常使用狀態(tài)下的剛度，可按規(guī)范GB

50010-2010中7.2.3節(jié)

的公式按整板厚度和底板縱筋進(jìn)行計算。Part.5

設(shè)計建議

（2）裂縫計算

計算板底拼縫開裂寬度時，密拼疊合板后澆層可單獨視作一塊整板，采用規(guī)范GB

50010-2010中7.1.2節(jié)的公式計算后澆層疊合面處的裂縫寬度，再按下式對板底拼縫開

裂寬度wc進(jìn)行計算。

（mm）1-預(yù)制底板；2-后澆疊合層；3-鋼筋桁架；4-拼縫處縱筋；5-疊合面分布鋼筋

圖5.1

密拼鋼筋桁架疊合板的構(gòu)造示意（a）鋼筋桁架平行于拼縫的構(gòu)造示意（b）鋼筋桁架垂直于拼縫的構(gòu)造示意Part.5

設(shè)計建議

（4）構(gòu)造設(shè)計

拼縫處的桁架鋼筋應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）當(dāng)鋼筋桁架平行拼縫時（圖5.1（a）），在一側(cè)縱向鋼筋的搭接范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置不少

于2道鋼筋桁架，且鋼筋桁架上弦桿的間距不宜大于桁架疊合板總板厚的2倍，且不應(yīng)大于

400mm；靠近拼縫的鋼筋桁架的上弦筋到桁架