王元清:大跨度预应力混凝土空心板及其在多层轻型房屋钢结构中的应用
SP板是引进美国spancerete公司的生产设备和技术生产的大跨度预应力混凝土空心板SP板全现代化工厂生产，效率高、能耗少，既可用作楼板，又可用作墙板，能很好地满足房屋的建筑和结构的要求。在推行墙材革新，逐渐淘汰粘土砖的政策下，SP板在工程中取得了广泛的应用。SP板的板宽为1200mm，也可以纵向切开成为300、600 和900mm宽，板高有100、120、150、180、200 、250、300和380mm共8种规格.SP板典型的截面形式如图1所示。
SP板的板轴跨与板高的关系见表1，其中板轴跨为轴跨减去30mm，其允许板面均布荷载设计值为2.0~20.0 kN/m（不包括板自重和灌缝重）。
SP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，使得SP板与普通预应力空心板相比，承载力更高，跨高比：屋面板可达50、楼面板可达40。
实践证明SP板有以下特点：
（1）跨度大、承载力高。SP板通过板和板之间的共同作用可以承受较大的集中荷载。另外，SP 板采用预应力钢绞线作为受力主筋，其最大跨度可达1m,可满足各种结构的需要。
（2）长线生产，任意切割，不受建筑模数限制。建筑上布局灵活，造型美观，设计多样化。在混合结构中，由于柱不能在楼层间断开而影响排板计，这时可以采取在板端切角的措施来解决这一问题。
（3）外观尺寸准确，平整度好。由于该板材为机械成型，表面平整，外形美观。安装完工后处理好板缝即可铺设地板、地毯等装饰材料，无需另外作找平层。其表面平整度误差能控制在2mm以内，长宽误差也均能控制在3mm以内。
（4）施工安装快捷，缩短施工期；SP板属于大型预制板材，安装效率高。
（5）抗震性能强。在地面加速度、场地等其它条件相同的情况下，SP板建筑物的延性较好，抗震性能接近于钢筋混凝土剪力墙。日本神户大地震后，曾对SP 板房屋建筑做了调查，结果表明其抗震性能好，震害较轻。（6）用钢量低。该板采用预应力钢绞线，无分布筋和其它构造筋，与北京市相同规格和承载力的标准圆孔板相比，其用钢量减少近1/2。
（7）保温节能效果好。SP板完全符合建筑节能的要求，中国建筑科学研究院建筑物理研究所对其做了建筑热工作性能测试，26cm 厚SP 板外墙的保温性能相当于76cm的实心黏土砖墙。
（8）孔隙率高，自重轻。相同厚度下，SP板的自重仅为现浇钢筋混凝土楼板的2/3~3/4。
除以上特点之外，SP板的防渗、抗裂、防火、隔音性能均符合国家标准。不足的是SP板厚度大，占用结构层高多；跨度大，运输和吊装的难度也较普通的预应力圆孔板大，如果不加以注意，容易造成"# 板意外的损坏。
SP板应用范围相当广泛，在抗震设防烈度8度和非抗震区域内，既可用于工业和民用建筑的楼板、墙板和屋面板，又可用于市政工程的管沟盖板、桥面板等设施。采取适当的措施还可用于具有侵蚀性介质、表面温度高于60℃的环境。
3.1 结构布置
采用SP板后的多层钢框架的结构布置通常采用简单梁格方式，取消用钢量较大的次梁。简单梁格布置不仅可以降低用钢量，而且可以增大有效建筑净空，并可以取消吊顶，这对于多层轻钢结构，特别是轻钢住宅是至关重要的。
SP板形成的楼盖通常也采用非组合和组合2种形式，通过与钢梁组合作用（布置栓钉和后浇迭合层）可以进一步降低用钢量。
3.2 节点构造
SP板与钢梁的连接方式通常有以下-3种，如图2~图4。图2中SP板直接搭在钢梁的上翼缘上，并现场把SP板预埋件与钢梁焊接在一起。为了降低层高，有时也按照图3将SP板搁置在钢梁的下翼缘上，但这种节点做法装板极为困难。近年来，出现将钢梁下翼缘加宽，先放上SP板，再后浇叠合层，形成组合扁梁楼盖，其结构见图2~图4。这样考虑了混凝土与钢梁的组合作用，既降低层高，又充分利用了材料。
SP板跨度大，运输和吊装难度较普通的预应力圆孔板大，如果不加以注意，很容易造成SP板意外的损坏，使用时应按以下要求进行：
（1）堆放SP板的场地要平整坚实，并有排水措施。堆放时应使SP板与地面留有一定空隙，防止支承点下沉陷导致板反向受力而折断。
（2）堆放SP板宜采用通长垫木，垫点距板端30cm，并将垫木上下对齐，垫平垫实，严禁出现倒八字现象。装车时，还需绑扎牢固，平稳行车，防止倾斜或颠覆。
（3）吊装前，应提前根据场地状况、SP板的自重、长度、提升高度、工作幅度等选择吊车的吨位，并平整好场地。起吊时，吊点距板端30cm，吊索应具备足够的强度，吊索长度应能保证吊索与SP板水平面所成的夹角不小于50°，以防止吊索向内滑脱。
（4）在混凝土结构中，应预先在支座处抹15mm)) 厚砂浆找平。
（5）SP板板缝宽度以40~60mm为宜，板缝内至少应配8根通常钢筋或网片，并采用不低于30MPa的细石混凝土灌缝。当板缝宽度小于40mm时，应采用不低于20MPa 的水泥砂浆灌缝。对于SP板体系，最好采用隔层施工法浇注板缝，以尽量减少施工荷载对板缝施工质量的影响，避免板缝开裂。
（6）混合结构中，往往由于构造柱不能在楼层间断开而影响排板设计。这时可以采取在板端切角的措施来解决这一问题。一般情况下，切角的宽度不宜超过板宽的1/4。如超过/4时，应采取加强措施。
（7）出于安装通风设备或通过管线需要，可以适当在板上留置洞口。为了尽量减小洞孔对结构受力的影响，应将洞孔的长向与板跨方向平行，以尽量避免或减少切断预应力筋。孔洞较多时宜沿板跨方向布置，并尽量布置在板的受剪区内。
SP板特别适合于框架结构体系的工业及民用建筑。在应用于钢结构框架的实践中已经取得了良好的经济效益。下面对我国应用SP板的多层轻钢结构工程个例进行简单的介绍。
5.1 河北某多层钢住宅示范楼工程
该示范楼平面形状为矩形，最大单元的建筑面积约150㎡。外墙采用240mm厚陶粒混凝土，分户墙采用200mm厚菱镁板，内隔断墙为100mm厚菱镁板。楼盖采用SP空心板+现浇混凝土叠合板。首层层高 3.5m，其它层层高3.0m，建筑物总高18.5m。柱距纵向为4.0m，横向为7.0m。采用普通钢框架结构体系，主梁采用焊接“工”字形截面，大开间处采用组合扁梁，柱采用焊接H截面。框架的横向和纵向梁柱按刚性连接设计，次梁为工字形截面单跨简支梁；基础采用柱下独立基础。该工程施工总工期仅5个月，目前工程已投入使用。
组合扁梁实现梁与楼盖一体化，建筑上能够满足人们对布置灵活、大范围的无柱空间的要求，结构上最大限度地减少了结构层高。本工程如果不采用组合扁梁，梁高加楼盖及吊顶厚度将达到650mm。而采用组合扁梁后，整个楼盖减少到280mm。在房屋净高保持不变的条件下，每层结构高度可以节省370mm，6层可节省2.22m，围护结构的费用可大大降低。层高的降低同时也减小了对基础的压力，有利于结构抗震。另外，用钢量统计发现，该工程采用扁梁方案，钢量节省了约1.3kg/㎡。
5.2 成都某家居中心综合楼的方案比较分析
该综合楼位于成都市郊，为3层钢框架结构，纵横两方向柱距9m（局部6m），首层层高,4.9m )，其它层层高分别为,4.5m和3.6m)，建筑面积为27376㎡。荷载情况：屋面活荷载2kN㎡，屋面恒荷载9.9kN㎡（有屋顶花园），屋面恒荷载（无屋顶花园）5.3kN㎡，楼面恒荷载,4.0kN㎡，楼面活荷载5.0kN㎡，地震设防烈度7度。采用普通钢框架结构体系，主梁采用焊接‘工’字形截面；柱采用焊接箱型截面。框架的横向和纵向梁柱按刚性连接设计，次梁为工字形截面单跨简支梁；基础采用柱下独立基础。
在方案设计阶段，我们就楼盖的形式进行了,4个方案的比较分析，结果见表2。
从表2可以看出，采用SP板可以大幅度降低结构的用钢量，而考虑与钢梁组合作用的SP板楼盖，用钢量的降低和综合经济效益会更加明显。
SP板正以其自身的优越性，为建筑师开拓了视野，为建设单位、房屋开发商创造经济效益和社会效益提供了有利条件，为用户提供了满意的使用环境。在未来房屋结构中，特别是多层轻型房屋钢结构（包括轻钢住宅）中将有广阔的应用前景。
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