大跨度预应力双T板的发展与应用

时间：2020-04-12 19:42:58 来源：新营造

　　双T板是一种力学性能良好、经济性高的预制构件，常用于大跨度的楼盖结构，国内外的研究十分广泛。随着建筑结构对大空间要求的不断提高，大跨度双T板的应用越来越普遍。本文通过对中建科技有限公司新研制的一款重载大跨度预应力双T板进行介绍，阐述了大跨度预应力双T板的优势和应用前景。

　　【关键词】

　　预应力双T板;大跨度;重载

1、前言

　　预应力双T板是一种由宽大的板面与两根高窄的肋结合的预制混凝土构件，形状像是两个字母T水平拼接而成，所以称为双T板。双T板的板面作为横向承力构件，也是纵向承重肋的受压区，传力层次明确，几何形状简洁，具有良好的力学性能，是一种经济性很高的预制构件，常用于大跨度、大覆盖面积的楼盖结构。如图1所示。

国内外研究现状

　　国外对于双T板的应用较早，最初是由美国人Edwards于1952年设计成型，上世纪60年代美国已经开始大规模在单层多跨工业厂房、多层公寓等领域使用这种构件，英国、日本、加拿大等国也陆续研制和应用这种构件。现如今，由于其优秀的品质和经济性，双T板仍旧是北美地区使用最广泛的预制混凝土构件之一。例如，在停车场这类大跨度的工程中，减少场内的墙壁数量是提高经济性的一种途径，但其安全性却是另一个问题，使用双T板作为顶部楼板，则很好地解决了这个问题。如美国的Froedtert hospital停车场、Medical college of Wisconsin停车库，如图2所示，都采用了双T板作为顶面结构。目前，美国双T板已经形成较为完备的规范体系，如美国预制/预应力混凝土协会编写的《PCI设计手册》，美国混凝土结构协会编制的设计规范ACI-318-11等。

　　中国自1958年开始研制和生产双T板，1978年武汉冶金建筑研究所与武汉空军后勤部修理厂建成国内第一栋双T板体系的工业厂房，但由于技术原因，该预制构件始终无法得到广泛应用。直到近几年，随着建筑体制改革的不断深化，物质技术基础的不断增强，双T板又重新得到普及和推广。我国已编制了SG432-1-3《预应力混凝土双T板图集》，为双T板的应用提供了可靠的技术标准。按照标准图集，双T板的截面其肋高可达960mm，板面宽度可达2.4m，跨度最大达到23.9m。随着技术的进步和现代工程的需要，对大跨度双T板的研究也越来越广泛。

　　南京理工大学的金仁超、丁建国利用有限元软件Abaqus对双T板的屈曲特征进行分析，求得双T板在水平地震力作用下的极限荷载，结果表明水平地震力以集中荷载的形式作用在双T板和下端梁的接触处，基本满足抗震设防的要求。

　　哈尔滨工业大学的张文龙、周威，对用于装配式停车楼的预应力混凝土双T板进行静载试验与有限元非线性分析，分析了均布荷载和停车楼楼盖在停、行车两种工况下双T板的整体弯曲性能和翼缘局部性能，结果显示均能满足设计和使用要求。

　　同济大学张辉、赵勇、程春森，对预应力混凝土双T板进行静载试验，研究企口端部的破坏形态和承载力，以及截面剪跨比和竖向吊筋形式对企口端部受力性能的影响，根据试验结果，建立了双T板企口端部拉压杆计算模型。

　　上海中建申拓投资发展有限公司和中建八局的李鑫、马晓菲等，对某立体停车楼项目的大跨度预应力双T板进行了结构性能的研究，试验结果表明：该大跨度预应力混凝土双T板的承载力、扰度、裂缝指标均满足设计要求，对同类产品的设计和性能检测有良好的借鉴作用。

　　大跨度双T板在实际工程中的应用，也是逐渐增多。例如：长春一汽停车楼项目，是国内首个使用双T板建设的停车楼;2018年顺利封顶的李尔亚洲总部大楼，采用双T板作为楼面结构;2017年12月开业的上海颛桥万达项目，预制楼板采用了双T板加桁架预制叠合板的技术，是国内首次采用PC结构而且是双T板的商业综合体;2017年青岛鼎信通讯科技产业园，采用了重载双T板叠合楼盖。各项目案例如图3所示。

3、优势

3.1承载力强、整体性好

　　新型的双T板普遍采用高强钢绞线生产。高强钢绞线材质稳定，施工简单，省时省工，力学性能也优于同等面积的钢筋，应力松弛损失也较小，能大幅度节约钢材。高强度的钢筋应与高强混凝土配合，才能更好地发挥高强钢筋的作用。新型的大跨度双T板，在混凝土的使用上一般都达到C50强度以上，这就确保了在生产过程中预应力的施加;另外预应力构件对开裂较为敏感，高强混凝土同时也能满足规范对裂缝的要求。

　　新型的双T板与梁采用“湿式连接”，即在预制板端连接处做配筋后浇层，另外板面增加了钢筋桁架，板与板之间采用侧向焊接连接，都增强了与后浇叠合层之间的整体性。使板最终的受力由单跨变为多跨连续板，克服了一般预制构件整体性差的缺陷，尤其避免了单块双T板悬挑翼缘受力差的缺点，从而保证了其优异的力学性能。如图4所示。

3.2跨度大、应用范围广

　　在单层、多层和高层建筑中，双T板多用于搁在框架梁或承重墙上作为楼层或者屋盖结构使用。双T板的应用跨度一般都在9~30m，但在更大的跨度结构(超过40m以上)，其应用空间仍是非常巨大。正因如此，双T板不仅能满足正常跨度的需求，也能适应某些，例如大型停车场、飞机机库、仓库、厂房、大型商场等对空间有较大要求的工程，如图5所示;同时双T板相比大跨度钢梁具有更好的抗腐蚀能力和更长的使用寿命，适合对防火、抗酸盐腐蚀要求高的场所。

3.3成本低、吊装效率高

　　双T板构件是由板和底部肋梁组成，带有梁和板两种结构的特性，是对设计的一种简化。如图6所示，在一个标准网格中，只需要三块双T板，而常规叠合板需要两根叠合梁加上六块叠合板，在预制构件的数量上，就比常规预制构件要少，在施工过程能省去很多主梁、次梁及模板，大大地节约了成本。构件数量的减少，再加上双T板与主结构连接便携，标准化程度高等特点，相比常规叠合梁加叠合板，双T板的吊装效率也更高，相应地降低了施工成本。

图6 楼面标准网格图

3.4美观大方，建筑空间利用充分

　　双T板通过等间距的肋梁与宽大面板组合受力，形成非常轻盈的楼面结构，从下往上看是一道道规则的线条，通过简单装饰可以形成美观大方的天花效果。同时，室内的消防、暖通、用电等管道线路设施可以很好地隐藏安装于双T板的纵向的肋梁中间，大幅提高了室内净高和空间利用率，如图7所示。

4、研发与应用

　　中建科技(深汕特别合作区)有限公司配合中建科技集团深圳分公司研发试制一款新型装配式建筑结构构件——重载大跨度先张法预应力双T板。该款构件跨度达到18.2m，是国家“十三五”重大专项研究课题“6.2预制装配式混凝土结构建筑产业化关键技术研究”，以及“6.6工业化建筑设计关键技术研究”的研究示范内容之一。如图8所示。

图8 重载大跨度预应力双T板

　　该构件是为中建绿色产业园的办公综合大楼工程项目所设计，如图9所示，该项目的结构比较特殊，应用了多种新型结构技术。根据设计要求，3层以上采用巨型结构设计，整个巨型空间桁架结构都作用于3层双T板楼面上，所以双T板的荷载设计值高达56KN/m2，远超现有的双T板标准图集中的设计规定，需要设计一款能满足要求的重载大跨度双T板。该产品设计参考了国家最新标准图集《09SG432-2预应力混凝土双T板》，在预应力筋配置、端部抗剪、截面尺寸优化、企口端部等方面做了大胆创新，同时采用先进的可移动自持力模台工法、数字化智能张拉控制、高性能混凝土等新技术。

　　该新型的重载大跨度预应力双T板的生产研发，有以下几个突破：

（1）承载能力远超一般构件

　　新型的重载大跨度双T板跨度达到18.2米，同时承载能力达到民用建筑荷载设计值的数倍，特别适合于建造大空间、大荷载的装配式建筑，具有非常好的技术性和经济性。该构件经第三方(深圳市建筑工程质量检测中心)进行构件的受弯静载性能检测，加载到45KN/m2(荷载标准值为44.2KN/m2)时，中心最大扰度22.31mm，仅出现细微裂纹(宽度0.1mm)，满足正常使用极限状态;最终的荷载加载到69KN/m2(荷载设计值56.7KN/m2)，试件仍未破坏，远超设计值，满足承载力极限状态。试验加载情况见图10。

图10 双T板荷载试验

　　(2)采用先进的自持力模台工法生产

　　中建科技(深汕特别合作区)有限公司对双T板的生产技术展开积极研究，发明了一种《利用自持力组合式模台制作双T板工法》。其中该工法的生产模具，已经申请发明专利(一种预应力双T板钢模板系统，2018219490754)，能满足不同地区、不同施工条件的生产，模具可移动，模板具有自持力，长度达到60m，可以根据构件的设计要求进行长度调整，灵活生产跨度不一的双T板，通过对产品肋高和预应力筋的调整，最长可生产跨度达40m的构件。同时，该模台采用“固定式模板+可变款模板”，除了边模外，其余模板无需拆装，并且肋高肋宽可进行填充变化，实现了同一生产线，生产出不同高宽、不同跨度以及不同种类的双T板，生产效益很高，大幅降低成本。如图11所示。

　　实际应用效果：该新型大跨度预应力双T板，能够满足工程大跨度空间的使用和承载能力要求，并且吊运安装方便快捷，有效地减少了节点和装配工序，使整个建筑完整性更好，其经济效益和技术效果都十分优秀。如图12所示。

5、结语

　　重载大跨度预应力双T板，是中建科技有限公司深圳分公司研制的一款新型的预制预应力楼板构件，承载力远超同类构件，应用范围更广泛。同时利用先进的自持力模台工法进行科学生产，生产效率高，经济效果显著。随着国内装配式建筑的不断发展，大跨度、大荷载的结构也会越来越多，而该款预制楼板在这方面有着巨大的优势，相信在今后的装配式建筑发展中一定会大放异彩。■

　　(作者单位：钟志强、周臻徽，中建科技有限公司深圳分公司;黄朝俊，中建科技<深汕特别合作区>有限公司)

参考文献

　　[1] 何德湛，贾方树.一种房屋建筑的轻型屋盖构件：预应力混凝土双T板[J].预应力技术，2008(5)：8-10.

　　[2] 王茂宇，郑毅敏，赵勇.中美预制预应力混凝土双T板构件对比[J].混凝土与水泥制品，2014(8)：42-45.

　　[3] PCI Design Handbook [M].7th Edition.Precast/Prestressed Concrete Institute.

　　[4] ACI Committee 318.Building Code Requirementsfor Structural Concrete(A-CI318-11) and Commentary(ACI318R-11)[S] .Farmington Hills，MI，201-1.

　　[5] 金仁超，丁建国.双T型板的应用及屈曲特征分析 [J].工业建筑，2009(S1)：376-377.

　　[6] 张文龙，周威.装配式停车楼预应力混凝土双T板静力非线性分析[J].哈尔滨工业大学学报，2018，50(12)：22-30.

　　[7] 张辉，赵勇，程春森.预制混凝土双T板企口端部受力性能试验研究[J].建筑结构学报，2018，39(S2)：35-42.

　　[8] 李鑫，李书颖，李斌，等.预应力双T板结构性能试验研究[C].工业建筑2018年全国学术年会.

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