SP预应力混凝土空心板及其在抗震设防地区的应用
刘丽萍，西安建筑科技大学
王德伟，陕西现代建筑设计研究院
郭华，西安建筑科技大学
预应力混凝土空心板是我国工业与民用建筑中使用最为广泛的承重构件，每年使用而积以亿平方米计。受钢材品种的限制，我国建筑业数十年来一直只能采用强度较低的冷拔低碳钢丝或冷轧带肋钢筋作为空心板的预应力筋，与其相对应的混凝土强度也较低，一般为C20级，因而空心板的跨度和承载能力都受到限制，使用范围小，难以适应现代建筑向大开间发展的需要。
我国从20世纪80年代后期开始供应较高强度的预应力钢丝、钢绞线。1995年后开始生产强度为1860MPa相当于美国270级)的钢绞线，为生产高效预应力混凝土构件创造了条件。20世纪90年代初期全套引进美国SPANCRETE公司生产SP预应力混凝土空心板，以下简称SP空心板)的生产工艺和生产设备以后，我国开始批量生产最大跨度达18m的空心板，并开始进行实验及检验研究。SP空心板性能优越，具有跨度大、承载能力高、抗震、防火、隔声性能好，且板长在3.0~18.0m内可根据使用要求任意切割，满足各种工业与民用建筑的使用要求，已被建设部科学技术司列为重大科学技术推广项目，成为我国传统楼板的换代产品，具有广阔的应用前景。
1.1 原材料
SP空心板采用混凝土强度等级为C40~C50的零塌落度细石混凝土，即干硬性混凝土其优点是比一般塌落度较大的混凝土的收缩和徐变值小。SP空心板主要采用低松驰预应力钢绞线，1x7标准型，强度级别为1860MPa，直径有Ø9.5，Ø11.1，Ø12.7mm3种；也可采用松驰预应力钢绞线，1x3标准型，强度级别为1570MPa，直径为Ø8.6mm。板缝是用强度不小于C20的细石混凝土或相应强度的水泥砂浆实，确保其整体刚度。
1.2 工艺流程
SP空心板生产线采用干硬式混凝土冲捣和挤压成型工艺，可连续大批量叠加生产，不需设置模板，不需蒸汽养护，一次成型。SP空心板是在长线台座上生产的，首先是将预应力钢绞线布放在台座上，按规定进行张拉。钢绞线张拉完毕后，将挤压成型机放到台座上，该成型机一次完成以下几个工序:浇注底板、板肋和而板混凝土;捣实混凝土;孔芯和板边嵌锁式键槽的成型及抹平后，挤压成型机退出作业。底板、板肋和而板混凝土各有不同的配合比，由机械按设定的配合比自动控制，以保持稳定均匀的质量。挤压成型机由升降式运料机或单轨运料斗补充混凝土，成型时保持稳定的速度。浇筑好后的空心板，在生产台座上保持湿润情况下养护一段时间，当达到一定强度后，可进行叠层生产，或进行切割，并将空心板移出生产台座，然后移到露天堆放场地养护和干燥。
1.3 规格
SP空心板的标准宽度为1200mm,也可生产2400mm宽的板,在1200 mm范围内可以生产多种宽度板。板的标准厚度分别为100,120,150,180,200,250,300和380mm,也可根据需要进行调整。 45 32750 45 14942 0 0 1926 0 0:00:17 0:00:07 0:00:10 3388的长度可以根据设计任意切割,最长可达18m左右。
（1）生产工艺先进，无需模板和蒸汽养护，可以叠层生产，生产效率高。
（2）与顶而后浇混凝土共同组成叠合结构，可增强楼板刚度，加大房屋结构整体性，扩大其适用范围和经济性。
（3）尺寸误差小（仅在1.5mm内)，外观质量好。既可省去抹灰工序，又可避免顶板抹灰经常出现的不规则裂缝。
（4）楼板组合灵活，开洞方便，可满足各种建筑平而的需要。特别是在大跨度建筑中，SP空心板可以简化建筑结构，减少承重墙体和梁柱，降低建筑造价。
（5）楼板的孔洞可用作布置电线和水暖管道。
（6）国外的经验证明，SP空心板的耐火极限最大可以达到4h。
（7）抗震性能好:在美国，有许多建筑商使用SP空心板在加利福尼亚州的地震带上建造房屋。经过1989年美国旧金山地震和1992年洛杉矶地震，均无破坏裂缝。美国已在9度地震烈度区的拉芙端将SP空心板用于23层的建筑。日本神户地区将其用于40层的建筑。在1995年1月的神户大地震中，凡使用SP空心板的建筑物，基本上完好无损。以上资料充分证明，只要设计合理，构造得当，采用SP空心板可以做出抗震性能十分优越的建筑物。
（8）SP空心板吊装速度快，吊上一块板后，板本身即可成为工人操作平台，施工方便，可全天候施工。SP空心板吊装就位后，板缝间用水泥砂浆灌缝，板边有一条纵向嵌锁式键槽，一旦板缝间的键槽灌满砂浆，并达到规定强度后，SP空心板即可起整体楼板作用，可以将楼板上的集中荷载分配到相邻的板上。
（9）SP空心板既可作为楼板，也可作为屋而板、墙板使用。
SP空心板的初步选择，一般是根据板的跨度、荷载和耐火时间，按板的允许荷载表选用。实际选用时，主要考虑以下一些因素：
3.1 跨厚比
美国预制/预应力混凝土协会（PCI）空心板设计手册推荐跨度/板厚”比宜小于下列数值:屋而板50，楼板40。实际设计中，当防火、开洞或荷载不控制时，一般可用45。但在最后确定板型以前，还须考虑以下一些影响板厚的因素:楼而荷载的大小，例如质量大的隔墙或较大活荷载，一般需要较小的跨厚比;多而大的开洞需要提高板的承载能力;为了提高结构耐火时间，要加厚钢绞线的混凝土保护层，往往也需要较小的跨厚比。一般SP空心板的经济适用跨度为6~12.6m。
3.2 泄水孔
楼板长时间暴露在寒冷天气条件下，SP空心板可能由于孔芯内的积水而受到损害。孔芯内的积水主要是在施工过程中从板端对接缝中进入，解决这个问题的一个办法是在板端的空芯下部留继水孔，是否留泄水孔，需由施工单位确定。
3.3 起拱
布置板时必须对板的起拱、挠度及其发展进行综合考虑，特别是:不同跨度和不同方向的板引起的起拱差异;板而后浇混凝土对起拱的影响;起拱对门的影响等。
3.4 荷载选用
对SP空心板和SPD板（叠合SP空心板)，当板而为均布荷载时，可根据标准图集中的板允许荷载表选用。选用时，板而荷载需同时满足荷载表中的3种允许均布荷载值。
3.5 叠合层的选用
当板顶现浇混凝土层作为组合结构考虑时，现浇混凝土层的最小厚度为50~60mm。现浇而层增加了刚度，并易于在不规则和有大孔洞的平而中布置连续性连接节点，但是，在地震区，现浇混凝土层也增大了设计地震力。因此，对强地震区的不规则物大跨高比的隔板，考虑加现浇混凝土层，其余视工程现况作出合理选择。有学者根据SP空心板与以往预制空心板接缝构造的不同，认为应尽量减薄或取消叠合层。
SP空心板在我国应用时间不长，尚处于技术推广阶段，在西北地区工程应用实例较少。为了充分发挥新技术的经济效益，本文作者在西北农林科技大学中心图书馆设计中尝试采用SP空心板。
4.1 工程概况
西北农林科技大学中心图书馆位于陕西省杨凌农业示范区（7度抗震设防)，是一个大型的藏阅结合的建筑物，为4层框架结构，长146.96m，宽36m，建筑物总高度18.6m，总而积达1.6万㎡，功能齐全，设施先进。内部平而布置上有许多大跨开放式阅览区。该建筑物平而布局中轴线尺寸虽然很规整，但由于框架梁与框架柱并不能保证中心重合，许多处存在梁柱外平、轴跨尺寸零乱的情况，跨度有7.6 , 7.7 , 7.8,7.9 m及3.6~4.2m多种，适合SP空心板的应用范围。初步布置预制大板，板宽有1.2,1.1,0.95,0.8 m等不同规格，除1.2 m为标准规格外，其它板宽利用SP空心板在一定范围内可随意切割的优点而裁出。
4.2 SPD板设计简介
由于图书馆内部有5个大的采光中厅，为了增强建筑物的整体刚度，协同工作性能，也为了提高抗震性能，选择了有叠合层的SPD板，通过荷载计算选择的板型为SPD18A8410,SPD18A7810,SPD10D12，所需非标准板型均由这3种板型切割到所需宽度及跨度。
在设计中，采用传统全现浇的方案与局部现浇局部预制板加叠合层的方案，在计算模型的适用上是一致的，主要还是控制最大层间位移及薄弱层验算应符合规范的要求。
计算结果表明，SP空心板是适用的，计算结果完全符合规范的要求。但在施工图中对于SP空心板板端连接仍采取一定的加强措施，如板缝加筋等，使之与主体框架连成一体共同作用。
4.3 构造措施
SPD板与梁的连接示意见图1。
表1 SPD板与梁的连接示意
为了保证SP空心板与主体框架的整体协调工作能力，板面在设置了整浇层后，仍需在板端设置板缝加筋，拉锚钢筋直径8mm，间距1.2m，一般设在板缝处，伸入板缝内1m长，需要时也可设在孔芯内，但需预先开槽。另采用后浇层方案时，板顶应处理成粗糙而;后浇混凝土时，应保证板顶而清洁和湿润状态。混凝土应振捣密实，并注意养护。
4.4 经济与技术特点
使用SP空心板后，楼层可大量减少次梁的设置，使混凝土浇注量及模板支护工作量大大减少，对于跨度较大处，施工中仅需按标准图要求在板的适当位置设置临时支撑。与采用传统整体现浇方案相比，即使在增加整浇层后，总体每平方米造价仍要低10%左右，但其技术先进性及环保节能方而都要优于传统方法。
本工程现已交付业主使用。过设计及施工过程中与业主、监理、施工单位、生产厂家的多次沟通，SP空心板的优点及经济性最终得到了各方认同。
SP空心板的应用前景非常广阔，有着明显的技术、经济优势。随着设计人员及业主对SP空心板的逐步了解，其应用前景将更广阔。
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