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樓板是結(jié)構(gòu)中最普通的構(gòu)件，在預(yù)制混凝土裝配整體式建筑中，預(yù)制疊合KT樓板也是最普通的預(yù)制構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)體系中，樓板作為樓面豎向荷載傳力構(gòu)件，力學(xué)模型簡單，或為單跨簡支板，或為多跨連續(xù)板。在支座位置，板的面筋或按溫度作用效應(yīng)配置，若為連續(xù)板，則按負彎矩效應(yīng)作面筋配置，支座處底筋按經(jīng)驗構(gòu)造配筋，對于整體現(xiàn)澆板，底筋伸入支座，沒有任何質(zhì)疑。

但無論是在預(yù)制KT疊合板發(fā)明使用之初，還是目前美國、日本、臺灣等國家或地區(qū)的實際案例、設(shè)計規(guī)范中，從施工便利快捷考慮，均沒有要求KT板底筋伸入支座，而當前國家規(guī)范引入預(yù)制KT板設(shè)計時，特別強調(diào)KT板底筋伸入支座，這一限定對裝配設(shè)計，施工是否合理，本文將就案例中問題與相關(guān)規(guī)范條文進行分析討論！希望預(yù)制KT疊合板預(yù)制設(shè)計與施工可朝合理化趨勢發(fā)展。

預(yù)制KT板出筋之設(shè)計不合理問題

KT板出筋，施工效率不佳，按照JGJ1[1]樓蓋設(shè)計規(guī)定，預(yù)制板按接縫構(gòu)造、支座構(gòu)造、及長寬比分為單向板與雙向板。且預(yù)制KT板受力筋宜伸入支座，即板端出筋，這就是國內(nèi)KT板習(xí)慣于恪守出筋設(shè)計要求。然而，KT板之出筋很明顯對施工產(chǎn)生三大傷害：

其一，KT板四面出筋，對于安裝工藝需求較高，圖2.1(a)板四邊接合梁箍筋位置需十分精準；其二，出筋易造成梁箍筋被不當破壞；伸出KT板外之鋼筋與梁箍筋發(fā)生沖突時，由于板的出筋較短且不利現(xiàn)場彎折，施工者便會直接對梁箍筋徑行彎折，嚴重破壞梁箍筋的力學(xué)行為，圖2.1(b)，設(shè)計者實應(yīng)正視此問題，到底KT板出筋重要，還是梁箍筋的完整性更重要，或者兩者皆重要；其三，出筋將造成支承梁的上層鋼筋排列不易，伸入梁內(nèi)的板筋將疊合梁現(xiàn)澆層空間進一步分割成上下兩個極小空間，使梁上層鋼筋正確就位制造了很大的困難，即使KT板出筋已事先向下彎折一微小角度，如圖2.1(c)所示，照片顯示梁上層鋼筋定位之困難度仍很高，施工質(zhì)量與效率大打折扣。

KT 板出筋在制造上并不會造成太大的影響，后續(xù)所衍生施工上的問題，將間接對預(yù)制工藝、以及對施工單位、生產(chǎn)單位之間的協(xié)調(diào)與整合產(chǎn)生隔閡與嫌隙，不利于工期與質(zhì)量的控制，這樣的結(jié)果并非設(shè)計者所愿意見到的，也是設(shè)計者應(yīng)該正視的問題。

(a) 雙向出筋傾斜安裝 (b) 出筋與梁箍筋沖突，梁箍筋被不當彎折(c) 梁上層筋不易定位

圖 2.1 KT 板出筋面臨施工性問題

傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土樓板澆筑時，模板基本是采用6mm厚度的夾合木板拼接而成，由于該夾合板面外剛度很低，施工時所澆置混凝土自重與施工活載作用下，夾合木板必須借助縱橫平面鋪設(shè)兩向肋骨材，并在交叉點處設(shè)置垂直支撐，模板面上荷載通過骨材及支撐傳遞至下層樓板，同時為防止樓板變形、失穩(wěn)等不利情況發(fā)生。當整體結(jié)構(gòu)混凝土全部現(xiàn)場澆置的情況下，框架柱或剪力墻之混凝土豎向構(gòu)件將與樓板混凝土一同澆置，施工過程的安全性，豎向承載及側(cè)向穩(wěn)定性全部依靠模板支撐系統(tǒng)，采取滿堂架施工是情有可原且必要。

然而，裝配式建筑的施工條件則不同，在水平預(yù)制構(gòu)件吊裝之前，豎向構(gòu)件已達到一定的豎向及側(cè)向強度，且水平疊合樓板構(gòu)件本身因其預(yù)制樓板的厚度至少60mm；若預(yù)制樓板設(shè)有K支架，預(yù)制樓板剛度進一步提高；若為預(yù)應(yīng)力疊合板，其先張拉預(yù)力所產(chǎn)生的負彎矩強度，恰可平衡部份施工過程中的垂直荷載作用。通過簡支梁的模擬分析預(yù)制板之中間及兩端支承所需的強度，反推支撐架配置型式與數(shù)量，可大幅度減少施工支撐架數(shù)量。當預(yù)制疊合板兩端擱置于預(yù)制豎向構(gòu)件時，于兩端處將不必設(shè)置支撐架，更進一步減少施工支撐架數(shù)量。

(a) 滿堂架施工                  (b) 單排架施工

圖3.1 KT 板支撐架之差異比較

過度支撐(圖3.1a)增加裝配建筑的建造成本，增加施工現(xiàn)場安全衛(wèi)生管理工作量，給現(xiàn)場施工動線增加不少障礙。但有些施工企業(yè)在KT板等水平構(gòu)件安裝時，常常有2種錯誤的作法，第一不做支撐設(shè)計，直接采用現(xiàn)澆施工架設(shè)計，也就是滿堂架。一味固守傳統(tǒng)施工思路，沒有按新條件進行施工支撐，實非專業(yè)工程人員之基本工作態(tài)度，工程除了安全，還需講求經(jīng)濟性，即標準化、合理化等，有違此原則，應(yīng)視為工程人員之恥辱，當知「支撐為裝配之恥」；第二、未取得施工架的極限破壞荷載，直接經(jīng)驗支撐，結(jié)果導(dǎo)致支撐失敗；支撐布置需要合理規(guī)劃（圖3.2b），并考慮相應(yīng)的安全系數(shù)是施工架配置的關(guān)鍵因素。在支撐架設(shè)計時，應(yīng)先取得施工架的極限破壞荷載，再除以2~3倍安全系數(shù)，即取得保證安全支撐的設(shè)計值[2]，也避免走向滿堂架施工的極端(圖3.2)。

(a)支撐失敗案例  (b)支撐試驗架設(shè)(屈服381 kN)[2] (c)立桿試驗(挫屈60~130 kN)[8]

  圖3.2 支撐架的失敗案例與試驗架設(shè)

4.1 疊合樓板最小厚度規(guī)定

混凝土規(guī)范GB 50010 [4]第9.1.2條針對現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的屋面板及樓板最小板厚的設(shè)計規(guī)定是60mm。裝配結(jié)構(gòu)的行業(yè)標準JGJ 1第6.6.2節(jié)第1款規(guī)定，疊合板預(yù)制層板厚度不宜小于60mm，后澆混凝土疊合層厚度不應(yīng)小于60mm，若不計預(yù)制板的結(jié)構(gòu)隔板作用，后澆疊合層設(shè)計規(guī)定與GB50010規(guī)定一致。GBT51231[5]第5.5.1條規(guī)定疊合板設(shè)計應(yīng)符合GB50010之有關(guān)規(guī)定，但在第5.5.2節(jié)的第2款卻追加規(guī)定，屋面層和平面受力復(fù)雜樓層宜采用現(xiàn)澆樓蓋，當采用疊合樓蓋時，樓板的后澆混凝土疊合層厚度不應(yīng)小于100mm；此規(guī)定按條文解釋是為了增強頂層樓板的整體性，需提高后澆混凝土疊合層的厚度，看似合理，實則不然。相對混凝土規(guī)范及行業(yè)標準JGJ1提出了更嚴的要求，只為了“整體性要求”。假設(shè)這三本規(guī)范對”整體性要求”做出相同的定義，其規(guī)定在邏輯上明顯不通，或在否定GB 50010現(xiàn)澆的混凝土結(jié)構(gòu)沒有滿足“整體性要求”，或意在限制預(yù)制疊合板應(yīng)用。

美國ACI 318-11[3]第21.11.6節(jié)針對傳遞地震力的橫隔板-全現(xiàn)澆混凝土板或疊合混凝土板[W1] ，其最小板厚規(guī)定為50mm(2 in)，而預(yù)制與現(xiàn)澆接合面干凈無浮漿，有粗超度、配置鋼筋時，組合截面可視為結(jié)構(gòu)隔板。即使是不考慮預(yù)制樓板與后澆置混凝土組合截面共同傳遞地震力作用時，即非組合樓板或屋頂板，其現(xiàn)澆層最小厚度為63.5mm(2-1/2 in)，該規(guī)定較全現(xiàn)澆樓板的厚度大，主要是從工程經(jīng)驗上考慮了預(yù)制板厚度控制容許預(yù)留誤差值，或部分預(yù)力預(yù)制樓板的預(yù)拱量不同，為確?，F(xiàn)澆樓板內(nèi)布置的鋼筋以及水電配管之保護層厚度滿足相關(guān)要求。在JGJ 1第6.6.2節(jié)之條文說明有指出這一說明，其厚度規(guī)定與ACI規(guī)定接近。另外，英國愛爾蘭預(yù)制混凝土學(xué)會的預(yù)制混凝土設(shè)計規(guī)范第5.5節(jié)亦規(guī)定疊合樓板的最小厚度為50mm。

GB 50010與JGJ 1對于預(yù)制疊合板之現(xiàn)澆層厚度規(guī)定，與美國、英國愛爾蘭相同，且符合施工合理性。而GBT 51231第5.5.2條第2款規(guī)定解釋卻不能與現(xiàn)澆樓蓋規(guī)定銜接，如當視預(yù)制疊合樓板為免拆模板時，其上后澆混凝土完全視為現(xiàn)澆樓蓋的最小厚度為60mm，滿足規(guī)范最小厚度規(guī)定，顯然不需要以最小100mm厚來滿足整體性要求。規(guī)范中對板厚要求提高，其增加預(yù)制工藝應(yīng)用限制，不利于工業(yè)建筑工藝技術(shù)發(fā)展。

4.2疊合樓板配筋之規(guī)定

關(guān)于樓板板端鋼筋伸入支座的規(guī)定，在樓板的分離式配筋方式有提出要求，在GB 50010第9.1.4條中規(guī)定現(xiàn)澆樓板中央正彎矩鋼筋“宜”全部伸入支座，且規(guī)定該縱向受力鋼筋伸入支座的錨固長度不應(yīng)小于5d；

關(guān)于溫度鋼筋規(guī)定，第9.1.8條中，溫度收縮鋼筋可利用原有鋼筋貫通布置，也可另行設(shè)置構(gòu)造鋼筋，并與原有鋼筋按受拉鋼筋的要求搭接或在外圍構(gòu)件中錨固。

關(guān)于疊合板接合面規(guī)定，第9.5.2條規(guī)定疊合板的預(yù)制板表面凹凸不小于4mm，且在重荷載作用環(huán)境下，應(yīng)設(shè)置伸入疊合層的構(gòu)造鋼筋，如K支架。

ACI 318-11[3]第16.5條關(guān)于結(jié)構(gòu)整體性要求的板端配筋規(guī)定是，預(yù)制樓蓋或屋蓋與其支撐梁或墻之間必須相連接，其連接抗拉承載力必須大于每米4.4kN(300lb/ft)。

ACI 318-11[3]關(guān)于預(yù)制構(gòu)件設(shè)計R16.4中解釋了溫度鋼筋規(guī)定，對于寬小于3.66m(12ft)單向疊合板，短向可不配置收縮及溫度鋼筋。預(yù)制疊合板大部分的溫度收縮發(fā)生在現(xiàn)澆面層澆置施工之前，加上樓版經(jīng)分割為多片組合時，溫度及收縮應(yīng)力被分散到各預(yù)制單元，說明組合樓板對溫度及收縮效應(yīng)小于整體現(xiàn)澆板。

以60mm現(xiàn)澆板層，上層鋼筋配筋間距滿足不大于450mm(18 in)要求，即可符合疊合板與邊梁的連接整體性及相應(yīng)的溫度及收縮配筋要求。[W2] 

按GB50010第11章的抗震設(shè)計構(gòu)件規(guī)定中，板并非抗震設(shè)計構(gòu)件；KT 板僅為向梁或剪力墻體傳遞垂直荷載重之構(gòu)件，完成建筑使用功能為主。而板端的結(jié)構(gòu)設(shè)計者應(yīng)可判定單向板端部支座的下緣并無拉力的作用。

在傳遞豎向荷載時，從單向板端的受力模式，受梁約束時，板端存在豎向剪力及負彎矩，按單層鋼筋進行受彎承載力配置，板端上層鋼筋抗彎受拉，板端下層由混凝土受壓，受壓區(qū)可不考慮受壓鋼筋作用，且在板跨4~6m簡支支撐時，60mm厚的混凝土樓板斜截面承載力完全大于樓面活載作用的剪力設(shè)計值[9]，為什么仍有那么多設(shè)計者仍認為它是應(yīng)配置受力鋼筋呢？個人認為都是受到現(xiàn)澆思維的影響，在現(xiàn)澆模式之下，考慮采用施工便利性的分離式配筋時，結(jié)構(gòu)設(shè)計者直接將受力鋼筋「延伸」過支座并代替溫度收縮鋼筋，一方面藉此減少受力鋼筋與溫度收縮鋼筋之搭接用量，另一方面亦可減少現(xiàn)場鋼筋配置的復(fù)雜程度。樓板端部支承處的下層鋼筋不需配置鋼筋，并不是新觀念，早期的彎折配筋法，就已經(jīng)施行多年且能完整體現(xiàn)力學(xué)行為的一種最節(jié)省材料之施工方式，只是，現(xiàn)代已逐漸擺脫彎折配筋的費工做法，而以分離式配筋法取代之。

分清問題癥結(jié)后，再來看看JGJ 1第6.6.4節(jié)規(guī)定”板端支座處，預(yù)制板內(nèi)的縱向受力鋼筋宜從板端伸出并錨入支承梁端或墻的后澆混凝土中，錨固長度不應(yīng)小于5d，且宜伸過支座中心線”。同時，該條文之說明，特別強調(diào)是為保證樓板的整體性及傳遞水平力的要求，規(guī)定預(yù)制板受力筋宜伸入支座，并符合現(xiàn)澆樓板下部縱向鋼筋的構(gòu)造要求。其編制該條文的背后基本想法仍是按GB50010相關(guān)規(guī)定。

筆者認為，就構(gòu)件措施及整體設(shè)計概念要求，現(xiàn)澆層有配置面筋，預(yù)制板端可不需要出筋，為推廣預(yù)制疊合板工藝，應(yīng)當回歸真實力學(xué)行為，回歸彎折配筋方法，考慮溫度及收縮效應(yīng)，重新審視預(yù)制迭合樓蓋或屋蓋板端出筋的問題。

4.3 預(yù)制KT板端鋼筋非接觸搭接

按極限理論配置板的鋼筋，混凝土板本身極其容易滿足板端豎向承載力抗剪強度設(shè)計要求，但作為樓蓋板對溫度作用非常敏感，為控制裂縫，板端需設(shè)抗裂溫度筋。在ACI中規(guī)定溫度筋的配置可采用非接觸搭接連接，為控制無配筋距離不宜過大，搭接鋼筋間之間距dt(如圖4.1)需小于150mm(6in)或1/5搭接長度。在預(yù)制疊合板設(shè)計中，預(yù)制板面設(shè)置了搭接鋼筋，如下圖4.1，預(yù)制KT板的面搭接鋼筋與KT板內(nèi)縱向受力筋形成非接觸搭接連接。

雖在國標中沒有明確非接觸搭接連接構(gòu)造，從R.帕克[8]的板破壞分析可以得知，板端裂縫多出現(xiàn)在負彎矩區(qū)，抵抗開裂的作法是，在負彎矩配置適當?shù)目沽唁摻睢?/span>

圖4.1 梁板連接節(jié)點

4.4 疊合板試驗

根據(jù)清華大學(xué)錢稼茹教授于2016年第六屆中國(國際)預(yù)制混凝土技術(shù)論壇的報告「鋼筋機械連接裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)研究新進展」顯示（圖4.2），由錢教授主導(dǎo)之3層剪力墻構(gòu)架中，第一、三層樓板之受力鋼筋伸出板外，第二層樓板之受力鋼筋則采用構(gòu)造鋼筋方式（不符合規(guī)程規(guī)定），經(jīng)試驗之結(jié)果顯示，一、二層樓板負筋在9度大震時發(fā)生屈服，二層樓板上表面垂直加載方向發(fā)生通長裂紋，但主要破壞為與加載方向平行連梁的剪力破壞，以及一層剪力墻墻肢的大型X型裂縫。依其結(jié)論，「疊合樓板受力端支座“預(yù)制板不出筋”可行，可加快預(yù)制板之安裝進度、提高工程施工質(zhì)量」。

(a)3層剪力墻構(gòu)架模型        (b)預(yù)制樓板端支座鋼筋布置條件

圖4.2 清華大學(xué)錢稼茹教授3層剪力墻構(gòu)架試驗[6]

5.1 KT 板厚的合理化設(shè)計

疊合板常按現(xiàn)澆層與預(yù)制層組合截面設(shè)計，按規(guī)范要求預(yù)制KT 板的表面應(yīng)制作成凹凸4mm的粗糙面，接合面由預(yù)嵌K支架以傳遞二次澆置混凝土與已凝固混凝土間之剪力值。各層厚度設(shè)計需考慮多方面的因素。

考慮到各施工階段的強度與變形量、機電配管空間、KT板出筋與預(yù)制疊合梁上層筋之排布順序、預(yù)制梁箍筋的型式、以及制造與施工誤差等因素。各施工階段的強度驗算，可依照混凝土的發(fā)展強度進行試算與檢核。制造與施工誤差則與施工單位的經(jīng)驗與質(zhì)量管控能力有關(guān)，但無論如何，仍需預(yù)留1mm~3mm的可能誤差。該預(yù)留誤差量值，在檢討K支架上端筋之下緣與預(yù)制板上緣之間隙更形重要，理論計算值之外須再外加3mm作為施工性判定基準。據(jù)此原則，若疊合板總厚度取120mm，預(yù)制層板厚取60mm，現(xiàn)澆混凝土層板厚將為60mm。一般電力管線的直徑為25.4mm，要能配管的最小凈空間應(yīng)該有28mm才足夠。如圖5.1所示，疊合板60mm厚現(xiàn)澆層在現(xiàn)場施工時，并無足夠之機電配管空間。

圖5.1 疊合板總厚120mm，KT 板厚60mm之機電管線施工性檢討

如果，將疊合板總厚增加10mm成為130mm，預(yù)制層板厚取65mm時，僅圖5.2(b)顯示凈空間為30mm，判定有足夠機電施工空間；只是KT 板的上層橫向鋼筋必須穿越K支架上端筋的下方而過，施工上略為不方便。當然，預(yù)制疊合板厚度若降為60mm時，圖5.2(c)所示之機電施工凈空間將為30mm，雖屬足夠，但須注意60mm厚的疊合板脫模時可能存在開裂風險，按筆者以往經(jīng)驗，預(yù)制層并不建議設(shè)為60mm厚。

圖5.2 疊合板總厚130mm，KT 板厚65mm之機電管線施工性檢討

如果，將疊合板總厚再增加10mm成為140mm時，預(yù)制板厚65mm的條件下，圖5.3(a)與(b)皆有足夠的機電施工空間，疊合板的上層橫向鋼筋可直接置于K支架上端筋的上方，施工非常方便。

圖5.3 疊合板總厚140mm，KT 板厚65mm之機電管線施工性檢討

由此可見，當KT 板的總厚度為140mm以上時，KT 板內(nèi)的鋼筋與機電管路配置就容易許多。因此，從機電穿管需求的角度出發(fā)，130mm是最低要求，而140mm的施工性最佳。

但是，以上的檢討并未考慮到KT 板出筋與主、次梁上層筋之關(guān)系，以及機電配管通過預(yù)制梁頂后澆層混凝土之沖突狀況，這將在下一節(jié)中討論。

機電配管在穿管時，也必須遵循一個重要原則，即「垂直K支架方向的管路先排布，平行K支架管路后排布」，以避免管路浮突接近樓板表面，造成混凝土超打情況，具體做法如圖5.4所示。機電配管時機，必須在預(yù)制梁上層鋼筋定位完成后，否則，配管作業(yè)將與預(yù)制梁上層鋼筋發(fā)生沖突情況。

圖5.4機電配管原則

5.2 KT 板出筋的合理化設(shè)計

KT板出筋的合理化檢討，不能單看KT板本身，必須把主、次梁的上層鋼筋排列一起檢討，才能判斷其施工是否合理。我們先依圖5.2(b)疊合板厚為130mm之型式進行檢討，并假設(shè)KT板的受力鋼筋平行Y軸時，發(fā)現(xiàn)：1-機電配管必須在梁上層鋼筋定位后施做；2- 平行X軸向梁之上層鋼筋在內(nèi)側(cè)時，KT板不得出筋，否則梁上層鋼筋若配置雙層筋時將互相抵觸無法施做。且位于KT 板出筋側(cè)的預(yù)制梁上層筋只能單排筋，如圖5.5所示；倘若KT板不出筋則無此限制。同樣地，疊合板厚為140mm時，其結(jié)論仍相同。由此可見，設(shè)計上應(yīng)該不要著重次要構(gòu)件的出筋問題，而應(yīng)著重主要抗震構(gòu)件縱向鋼筋排列之合理性，非接觸搭接是目前較合理的解決方案。

圖5.5預(yù)制梁上層筋深化設(shè)計檢討

根據(jù)本文分析顯示，疊合樓蓋總厚度至少須為130mm，若能做到140mm則更佳。而預(yù)制板的厚度至少須為65mm，以避免脫模時板底發(fā)生開裂影響疊合板之耐久性。預(yù)制板可以不用出筋，但須配置構(gòu)造鋼筋并進行溫度收縮鋼筋與樓板傳剪力檢核，所需之鋼筋用量直接配置在后澆疊合層混凝土內(nèi)，與預(yù)制疊合板內(nèi)之鋼筋采取非接觸搭接連接構(gòu)造。深化設(shè)計人員除應(yīng)考慮鋼筋配置問題外，亦應(yīng)將機電配管列入設(shè)計檢討內(nèi)容中，以維護整體之施工性。

鋼筋混凝土構(gòu)造的結(jié)構(gòu)行為，系依靠混凝土與鋼筋間之充分握裹所致，只要任何一個受到不當破壞，都是降低質(zhì)量的不良結(jié)果。規(guī)程條文規(guī)定偏向保守側(cè)時，設(shè)計者當深入了解其背后之原理，在不違背該原理前題下，發(fā)揮專業(yè)精神做最合理的設(shè)計才是位合格的設(shè)計者。雖說施工單位應(yīng)確實按設(shè)計圖施做，若深化設(shè)計圖未充份考慮到施工誤差時，任由施工者隨意彎折或破壞鋼筋原有之狀態(tài)，實非眾人之所愿。我們更期待規(guī)范編審之學(xué)者與專家們，應(yīng)將施工性列入后續(xù)修訂之重要議題，以維護應(yīng)有之結(jié)構(gòu)質(zhì)量與鋼筋混凝土力學(xué)之本質(zhì)。本文之提出，能獲得多數(shù)人之共鳴，朝合理化預(yù)制設(shè)計與施工，方為我等心之所盼。

作者：吳子良、唐雪梅、尹衍樑

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