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浅谈新型集成式预制混凝土楼板构造及施工技术

2018-07-31来源:新营造

引言

继二十世纪中叶现代主义设计思潮以来,建筑同工业化社会的关系日益紧密。构成建筑的基本元素——墙体、楼板、梁、柱、门窗、楼梯等随着建筑思潮以及科技的进步被一次次地重新定义。新材料、新结构的发明与应用也给建筑行业源源不断地注入新的血液。

目前,在我国大力发展装配式建筑的背景下,预制混凝土楼板因其平整、规则,且容易达到高标准化程度、实现流水线自动生产而受到业内的重点关注。相较于传统现浇模式,预制楼板具有现场湿作业少、构件质量好、节省模板和支撑、环境污染小等优点。然而,现有预制楼板在建筑中仅作为结构构件使用,功能单一,集成化程度低,尚未最大程度地利用工业化制造的优势。

工业化建筑的先进性不应局限于将复杂的工艺工厂化制造,通过技术的集成来提高建筑的综合性能、实现一体化生产、智能化建造是工业化建筑未来的发展方向。因此,本论文旨在基于现有预制混凝土楼板的制造技术,结合国外集成式预制楼板的案例及理论,探讨一种新型集成式预制混凝土楼板的构造及施工技术,以解决现有技术中集成化程度低的问题。

一、国内外预制混凝土楼板研究现状

国内比较常见的预制混凝土楼板类型包括叠合楼板、全预制楼板两种。其中,叠合楼板包括普通叠合楼板、带肋预应力叠合楼板、空心预应力叠合板、双T 形预应力叠合楼板;全预制楼板主要包括空心板和预应力空心板。然而,以上现有预制混凝土楼板技术仅能实现楼板作为建筑结构构件的承重功能,建筑建造过程中和楼板紧密结合的功能诸如照明、地暖、通风设备等并未集成到预制混凝土楼板中,这些设备仍需在预制楼板结构完成后开凿洞口另行安装,工序繁琐,且占用较大楼层净高。

集成式的预制混凝土楼板在德国、奥地利、瑞士等装配式建筑技术发展相对先进的国家已有成熟的产品体系与大量的工程实践。德国INNOGRATION 公司自主研发的集成式预制混凝土楼板(见图1)将水管埋设其中,使混凝土构件成为热量载体,通过控制水温,调节相邻房间的温度。奥地利混凝土工业协会(V.Z)总经理Felix Friemnbicher 等人指出,这种系统在建筑业中被称作ThermalComponent Activation(TCA) 系统。依据热辐射原理和混凝土良好的储热性能,TCA 系统既能够制冷也可以制热,并且可以保证室内各处温度均匀,提高热舒适性。同时,能够有效提高建筑物能源利用效率,缓解高峰时段用电负荷,在欧洲被广泛运用在办公建筑中。瑞士Peter Bausysteme 公司则将以TCA 系统为基础开发的预制混凝土储热楼板与地缘热泵相结合运用在居住建筑,打造被动式超低能耗的住宅系统。

图1 INNOGRATION 公司研制的储热楼板产品

二、新型集成式预制混凝土楼板单元构造

本文提出的新型集成式预制混凝土楼板基于TCA 系统。如图2 所示,楼板单元的主体由预制混凝顶板(1)预制混凝土底板(2)和若干个开洞支撑肋(3)三个部分组成。其中,开洞支撑肋与预制混凝土底板在工厂整体浇铸预制,成型后为楼板底部单元,形状类似倒置双T 板(见图3)。顶板和底板通过混凝土现浇带(7)连接成整体。顶板和底板之间的空腔(8)内可铺设各类风管或其他机电设备,在支撑肋上根据铺设的管道和管线尺寸等间距设置规则洞口,并在预制混凝土顶板上预留合适尺寸的检修口。

此外,将水管(5)预埋在预制混凝土底板中,并在底板上铺设保温(4)。水管材料可选用PE-X 或者PE-RT,管道直径大于等于13mm,管道安装间距为25~30mm 之间。利用水管将冷热能量输送到混凝土构件中并利用混凝土介质来储存和释放冷热能量。这种方法主要可以承担室内的显冷负荷,也可承担室内的基本热负荷,提供舒适的室内热环境。一般情况下,供热模式下的进水温度为22~28℃,供冷模式下进水温度为16~20℃。

图2 新型集成式预制混凝土楼板剖面图

图3 预制混凝土底板和开洞支撑肋整体浇铸成型

三、集成式预制混凝土楼板施工顺序

1. 支撑

准备支模所需构配件→弹控制线→摆放三脚架→根据设计立支撑杆并锁紧稳固→调整支撑杆标高与两侧墙体预留标高位置一致并固定→铺设主龙骨、次龙骨→支撑系统预检。

2. 安装

1)根据构件重量、形状安装合适的钢丝绳及吊具→吊装预制混凝土底板及开洞支撑肋组成的楼板底部单元→检查楼板两端支撑于主龙骨或墙的位置以及相邻楼板拼缝宽度→卸勾→继续本段其他楼板底部单元吊装→完成本段所有楼板底部单元吊装→在每两块楼板底部单元拼缝间浇铸混凝土(见图4-a)→楼板底部施工完成→根据设计铺设管道、管线(见图4-b)。

a. 楼板底部单元安装

b.铺设管道管线

(1)现浇混凝土 (2)管道 (3)管线

2)吊装预制混凝土顶板→检查预制混凝土顶板两端伸出钢筋支撑于开洞支撑肋宽度→卸勾→继续本段其他楼板顶部单元吊装→完成本段所有楼板顶部单元吊装(见图5-a)→在每两块预制混凝土顶板单元拼缝间浇铸混凝土(见图5-b)。

a.楼板顶板单元安装

b.整体浇铸连接

(1)预留检修口 (2)现浇混凝土

图5 新型集成式预制混凝土楼板顶板施工流程

四、集成式预制混凝土楼板特点分析

1.经济性分析

1)新型集成式预制混凝土楼板与同厚度双T 板等大跨度预制混凝土楼板相比整体性更好,抗弯承载力提高,满足相同承载力可减少梁板钢筋用量。

2)新型集成式预制混凝土楼板与同厚度普通楼板相比节约45% 左右的混凝土用量。

3)此楼板在混凝土底板中集成水管的方式与传统空调系统相比,节省了能源供应需求,降低了维护和运行费用。

2.集成特点分析

1)新型集成式预制混凝土楼板空腔内可集成管道及其他机电设备,在设计时无需考虑卫生间降板问题,降低拆分难度。

2)在预制混凝土底板内集成水管,实现辐射吊顶空调的效果。免去在楼板上铺设地暖等工序的同时,大大提高建筑物室内热舒适性。

3.施工特点分析

1)新型集成式预制混凝土楼板底部完成面平整,无凸出梁,且可根据设计需要在工厂完成底部混凝土楼板的饰面效果。免去吊顶空间、减少抹灰面积,提高了施工效率。

2)与普通梁板结构相比,新型集成式预制混凝土楼板底板的底部平整,模板支撑与拆除便捷。

3)由于大部分复杂的工艺在工厂预制时已经完成,现浇工程量少,因此该楼板施工精度较易控制,施工质量较高。

结语

本文借鉴国外集成式预制混凝土楼板的设计及理论基础,提出的新型集成式预制混凝土楼板集成了辐射空调、管道、管线、饰面,现场湿作业少,施工工序简单、易控制。本楼板可与被动式建筑技术相结合,在今后的居住建筑以及小型办公建筑中推广使用,提高建筑室内环境舒适性,提升建筑物性能,推动我国建筑产业可持续发展。