任 彧

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

叠合结构，一般分为工厂预制与现场浇筑两部分。它是在预制构件上现场浇筑混凝土而形成的装配整体式结构，应用在楼盖结构上优点特别突出。最初为了解决大型异形预制构件的安装和现浇结构高空支模等施工问题而产生的混凝土叠合结构，在经过长时间的研究和分析，最终发展成为构件预制和现浇工艺相结合的新型装配整体式结构。

叠合楼板的优点是显而易见的：

(1)预制构件在工厂进行生产，构件的质量更容易保证；

(2)生产用钢模可以循环利用，预制楼板在施工现场可以作为现浇的底模，简化了模板工程；

(3)预制楼板的体积小、重量轻、运输和吊装方便；

(4)相比于压型钢板组合楼板，装配整体式叠合楼板的工程造价低，而且可以避免金属构件的腐蚀问题。

目前，装配式建筑的推广已经成为我国的产业政策，叠合楼板作为装配式楼盖的重要组成部分得到了广泛的应用。由于我国在该领域的工程实践经验尚不丰富，需要在安全性、经济性和工艺性方面结合国情开展研究。

1 钢筋桁架叠合楼板的发展

钢筋桁架叠合楼板，起源于20世纪60年代的德国，采用在预制混凝土叠合底板中预置三角形钢筋桁架，现场铺设叠合楼板后浇筑现浇混凝土，形成整体受力的叠合楼盖，如图1所示。德国Filigran公司发明了钢筋桁架，并联合汉堡大学、德雷斯顿大学等科研单位，对钢筋桁架叠合楼板进行了大量研究，解决了如何实现双向叠合楼盖、叠合板裂缝分析及对策等问题，最终形成德国的行业标准，对钢筋桁架叠合板的全球应用产生了深远的影响[1]。

图1 钢筋桁架叠合楼板

与我国传统不带桁架钢筋的预制叠合平板相比，桁架钢筋的引入增大了预制构件的刚度，在吊装和施工阶段，可以减少预制叠合底板的变形，提高了其承受施工荷载的能力，简化作业工序，降低劳动强度，具有一定的技术优势。

2 钢筋桁架叠合板的拼缝形式

由于运输条件的限制，尺寸较大的预制板块需分割成若干块板片在现场进行拼装。根据中国行业标准JGJ1-2014的相关规定，叠合楼板可以使用图2所示的3种预制方案[2]。

(a)密拼缝叠合板(b)整体式接缝叠合板(c)无接缝双向板1-预制叠合板；2-梁或墙；3-板侧分离式接缝；4-板端；5-板侧；6-板侧整体式接缝图2 预制板布置形式示意图

密拼缝叠合板的非出筋侧的构造如图3所示，由于板底钢筋的非连续，如果现浇层厚度较小，可以偏安全地假定接缝处不能传递弯矩。但是应注意到，由于现浇混凝土面层的存在(国标要求不小于60mm)，使得拼缝两侧的预制板的挠度仍能保持一致。因此，在拼缝两侧的板片间可以变形协调，并实现共同受力。综上所述，采用密拼缝的叠合楼板受力既不同于现浇双向楼板，也不同于传统单向传力的预制空心楼板。

1-后浇混凝土叠合层；2-预制板；3-附加钢筋；4-后浇层内钢筋图3 密拼缝叠合楼板构造示意图

3 密拼缝叠合板的有限元分析

为研究密拼缝叠合楼板的受力特点，利用SAP2000建立有限元计算模型。计算条件如下：混凝土强度等级C30，板块尺寸为4m、5m，板块厚度为140mm，边界条件为四边简支，均布加载。该算例涵盖了在住宅项目中通常会出现的板块尺寸。

分别计算了整体式板(A型)、单拼缝板(B型)，双拼缝板(C型)等3种情况。接缝处采用SAP2000的束缚单元[3]，假定接缝两侧的平动位移一致，角位移独立，以模拟接缝处的实际变形情况。

由图4所示的计算结果可知，3种板块的整体变形模式均为锅底型，拼缝的存在使得楼板跨中的变形大约增加20%。

由图5所示的计算结果可知，3种板块在主受力方向的弯矩分布模式也极为相似，拼缝的存在使得跨中弯矩大约增大17%。

由图6所示的计算结果可知，计算模型中拼缝处的竖直方向弯矩My均为零，反映了密拼缝构造的主要受力特点。各板块在与拼缝垂直方向各自独立受弯。

(a)无接缝板(b)单拼缝叠合板(c)双拼缝叠合板图4 SAP2000位移计算结果(单位:mm)

(a)无接缝板(b)单拼缝叠合板(c)双拼缝叠合板图5 SAP2000的Mx计算结果(单位:N-mm)

(a)无接缝板(b)单拼缝叠合板(c)双拼缝叠合板图6 SAP2000的 My计算结果(单位:N-mm)

4 密拼缝叠合板的简化计算

通过对前述的有限元计算结果进行分析，不难发现，密拼缝叠合楼板为局部各向异性板，拼缝的数量及位置对于板块的变形和内力均有影响。从工程应用的角度，在施工图设计阶段往往不能最终确定拼缝的数量。因此，需研究简便可行的、符合工程精度要求的简化算法。考虑到接缝对于板块性能的实际影响，可以将接缝垂直方向的楼板抗弯刚度折减为零，使得板块在抗弯刚度上呈现出正交各向异性的性态。以下将符合该假定的板计算模型称为正交异性板。

为研究简化算法，按照前述的几何和荷载条件，分别建立了单向板、正交各向异性板和双向板的SAP2000模型，计算结果如下：

由图7所示的计算结果可知，单向板的挠度最大，正交异性板次之，双向板挠度最小，正交异性板的变形模式与双向板相似。三者的最大位移比约为2∶1.5∶1。

由图8所示的计算结果可知，单向板的弯矩最大，正交异性板次之，双向板最小，正交异性板的内力模式与双向板相似。三者的最大弯矩比也为2∶1.5∶1。

由图9所示的计算结果可知，单向板和正交异性板竖直方向的弯矩My均为零，符合预期的性能。

图10～图11的结果显示，正交异性板的计算位移和内力与各种拼缝的精确模型相比，分布模式相近，结果略偏于安全(挠度偏大约18%，内力偏大20%)。

综上分析，可以得出结论：抗弯刚度正交异性板可以用于密拼缝叠合楼板的内力分析，结果略偏于安全。

(a)单向板(b)正交异性板(c)双向板图7 SAP2000位移计算结果(单位:mm)

(a)单向板(b)正交异性板(c)双向板图8 SAP2000的Mx计算结果(单位:N-mm)

(a)单向板(b)正交异性板(c)双向板图9 SAP2000的My计算结果(单位:N-mm)

(a)单拼缝叠合板(b)双拼缝叠合板(c)正交异性板图10 SAP2000的位移计算结果(单位:mm)

(a)单拼缝叠合板(b)双拼缝叠合板(c)正交异性板图11 SAP2000的Mx计算结果(单位:N-mm)

5 密拼缝叠合板的接缝变形讨论

考虑到在现浇层内放置电气管线的需要，目前我省应用的钢筋桁架叠合板通常选择70mm现浇层+70mm预制板的方案。密拼缝处的楼板厚度为楼板总厚度的一半。

根据现行国家规范的规定，住宅房间的使用活荷载标准值为2.0kN/m2，考虑室内装修的附加恒荷载可取为1.5kN/m2。对于70+70的叠合楼板，竖向工况下的荷载设计值为8.8kN/m2。

70mm厚C30素混凝土板的抗剪强度为0.07fcbh0=60kN。按照最保守的简支单向板计算，对应前述的载荷条件，板跨需达到60×2÷8.8≈13.6m时，楼板才会达到抗剪极限状态。因此，在住宅工程中使用70+70的叠合楼板，可以确认：现浇区不会发生剪切破坏；在竖向荷载作用下,密拼缝两侧的叠合楼板不会发生垂直方向的位移差。

由于密拼缝的存在，在竖向荷载作用下，接缝两侧的叠合板转角是不连续的。但是，楼板在荷载作用下的角位移相对楼板的挠度是二阶量，由角位移差引起的接缝两侧的水平变形在工程精度上可以忽略不计。以本文第3节中给出的单拼缝板为例，有限元计算显示的接缝两侧的角差为7.3×10-4，以全板厚140mm计算，由于接缝角差造成的板缝水平变形为0.1mm。需要指出，以全板厚计算变形是相当偏于安全的处理；同时，有限元算例是完全忽略接缝处的抗弯刚度。因此，实际的板缝水平变形要显著小于0.1mm。

综上所述，在住宅工程中应用密拼缝叠合楼板，如果跨高比不超过1/30，无需担心在使用阶段由于加载引起的拼缝处裂缝开展。

6 密拼缝叠合板的接缝处理

由于拼缝的存在，可能使得温度裂缝集中产生，需对安装形成的板块接缝进行封闭处理，以满足装饰方面的需求。因此，封闭处理后的拼缝构造应有足够的延展性，以适应温度变化引起的变形，避免装饰层裂缝的出现。

密拼缝的板缝处理(图12)分为两个步骤：(1)叠合板安装到位后，水电管线及钢筋施工前进行板顶的板缝处理；(2)拆模后的板底板缝处理。

(1)板缝处理Ⅰ(板顶)

处理流程：①接缝宽度确认→②缝隙填塞泡棉条→③安装附加钢筋。

主要施工方法：

①接缝宽度确认

单向板板缝宽度，根据设计要求，应控制在5mm左右。

②缝隙填塞泡棉条

泡棉条采用圆形泡棉条，直径为9mm(比板缝宽4mm左右)、采用三元乙丙橡胶发泡而成，耐候性、抗老化性能良好。施工时采用手工方式填塞泡棉条，以防止填缝砂浆漏浆。

③安装附加钢筋

在接缝处紧邻预制板顶面处，设置垂直于板缝的附加钢筋。

图12 密拼缝的板缝构造示意图

(2)板缝处理Ⅱ(板底)

处理流程：①基层处理→②弹性材料填缝→③第一道腻子施工并粘贴玻纤网格布→④后续腻子施工刮平。

上述工法在德国、法国、日本等国应用多年，获得了很好的效果，是各国主流的预制楼盖施工方法，如图13所示。从2008年开始，密拼缝叠合楼板在我国也有广泛的应用。图14给出了2009年竣工的合肥滨湖保障房实验楼多年使用后的实景照片，并未出现沿楼板拼缝处开裂的情况。

(a)德国叠合楼板现场图(b)日本预制建筑协会指南配图图13 国外的叠合楼板

图14 密拼缝叠合楼板竣工多年后的实景图

困扰我国工程界多年的砌体墙与结构梁水平接缝的处理问题，在使用了以益胶泥为代表的水泥基防水粘结材料和以玻纤网格布为代表的加劲材料后，得到了很好的解决。密拼缝叠合楼板的接缝两侧是同种材料，而且位于温度变化相对较小的室内，同时又无阳光直射造成的UV老化的顾虑，基本条件较外墙的水平接缝要有利得多。因此，在综合应用现有的成熟的接缝处理技术后，密拼缝叠合楼板可以实现与全现浇楼板相同的使用性能。

采用四面出筋的“整体式接缝构造”拼缝做法，不但构件生产运输难度大、现场安装困难，而且由于后浇带处经常出现漏浆，使得新旧混凝土结合面难以保证质量，大量工程的拼缝部位由于表面不平整，往往需要二次打磨，操作难度很大，如图15所示。

7 结语

钢筋桁架叠合楼板可以减少预制叠合底板的变形，提高了承受施工荷载的能力，可简化作业工序，降低劳动强度，具有一定的技术优势。密拼缝叠合楼板生产便捷，安装方便，在采用合适的接缝处理技术后，可以实现与全现浇楼板相同的使用性能。具有一定厚度现浇层的密拼缝叠合楼板并非单向板，抗弯刚度正交异性板可以用于内力分析。

图15 整体式接缝构造现场照片