摘 要：预应力混凝土钢管桁架叠合板是一种新型叠合板，具有质量轻、承载能力强、抗裂性能好以及生产效率高等优点。以江苏省企业标准设计图集《预应力混凝土钢管桁架叠合板》的编制为背景，介绍了该产品的计算、构造相关规定及生产、制作有关要求，分析了该产品的特点，并提出了下一步研究方向。
预制楼板作为装配式建筑的重要组成部分，是装配式建筑中应用最广泛的结构构件。江苏省（苏建科[2017]43号）要求在全省城市（县城）范围内新建建筑中推广应用预制外墙板、预制楼梯板、预制楼板（统称“三板”），单体建筑中强制应用的“三板”总比例不能低于60%。
目前，国内使用的预制叠合板主要为钢筋桁架叠合板、预应力叠合板、预应力空心板及预应力双T板等。钢筋桁架叠合板在吊装、运输以及后浇混凝土的过程中，预制底板混凝土容易开裂，挠度过大。预应力叠合板采用了预应力技术，可有效解决板的开裂问题，但存在施加预应力造成的板跨反拱难以控制等问题。预应力空心板和预应力双T板需要有较大的搁置长度，一般适用于大跨框架结构。
本文以江苏省企业标准设计图集《预应力混凝土钢管桁架叠合板》的编制为背景，介绍预应力混凝土钢管桁架叠合板的计算、构造相关规定，以及生产、制作有关要求，分析其特点，并提出下一步的研究方向。
预应力混凝土钢管桁架叠合板是在预制带肋底板混凝土叠合板基础上研发的一种新型叠合板，主要由预应力混凝土底板和灌浆钢管桁架组成，如图1~图3所示。其结合了钢筋桁架叠合板与预应力混凝土叠合板各自的特点，扬长避短，预应力的施加解决了前者底板开裂问题，钢管桁架则解决了后者反拱问题。该叠合板桁架的上弦钢筋优化为灌浆钢管，有效提升了预制底板的刚度，减小了底板厚度，具有质量轻、承载力高、抗裂性能好以及生产效率高等优点。
预应力混凝土钢管桁架叠合板主要由混凝土、低松弛高强预应力钢丝、桁架腹弦钢筋以及上弦灌浆钢管组成，所用材料可归为三类：钢材、混凝土、高强灌浆料。
钢材的规格及性能指标见表1。预应力混凝土钢管桁架叠合板采用的钢材主要有底板预应力筋、底板构造钢筋、桁架上弦钢管及桁架腹弦钢筋。
预应力混凝土钢管桁架叠合板的预制底板混凝土强度等级，当板跨不大于5.4 m时为C40，当板跨大于5.4 m时为C50；叠合层后浇混凝土强度等级不低于C30。
灌浆钢管作为预应力混凝土钢管桁架预制底板的上弦杆件，承受压力，对施工阶段的承载力和刚度影响较大，钢管内灌浆材料强度不宜较低，宜采用抗压强度标准值不低于50 MPa的微膨胀高强砂浆。
预应力混凝土钢管桁架叠合板需按照GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的相关规定进行分阶段验算。
预制底板在生产的全部过程中的脱模、堆放、运输以及吊装各个阶段进行短暂设计状况下的抗裂、挠度及承载能力验算。脱模验算时，等效静力荷载标准值取构件自重标准值的1.2倍与脱模吸附力之和，且不小于构件自重标准值的1.5倍，脱模吸附力取1.5 kN/m2；吊装、运输时的动力系数取1.5。
在施工阶段，叠合层混凝土还未达到强度设计值，此阶段荷载主要由预制底板承担，荷载包括预制底板自重、后浇混凝土自重以及施工荷载，本阶段施工荷载按1.5 kN/m2计算。
在使用阶段，叠合层混凝土达到设计规定强度值，此时叠合板按整体构件考虑，应分别按承载能力界限状态和正常使用界限状态进行计算。
预应力混凝土钢管桁架叠合板预制底板采取固定模台的长线台座制作流程与工艺，模具及台座应具备足够的承载力、刚度及整体稳固性，以满足预应力筋张拉等各阶段作业荷载和制作流程与工艺的要求。钢筋张拉前应清理台面，涂刷隔离剂并晾干，以免污染钢筋。混凝土强度达到设计的基本要求时放张，放张时首先取长线台座中间部分，由每组钢筋的中间位置向两侧对称交错放张，每次剪筋不应超过每组钢筋根数的15%，要求7次完成。其它板与板之间的钢筋可由中间向两侧对称互相交错剪断，放张可分3次完成。
灌浆钢管桁架的制作和验收应契合设计要求，钢管内灌浆料的灌注应在专用支架上采用机械方式进行，灌浆应密实，环境温度较低时应注意养护，低于 5 ℃不得灌浆。
预制底板就位前应设置好由竖撑和横梁组成的临时支撑，两端距离支座500 mm处必须各设置一道，如图4所示，跨中支撑布置要求见表2。支撑拆除时，与后浇混凝土同条件养护的混凝土立方体抗压强度应达到混凝土设计强度等级的100%。
预应力混凝土钢管桁架底板的受力钢筋采用1570级、直径5 mm的低松弛螺旋肋钢丝，它是由优质碳素钢盘冷拔而成，抗拉强度较高，设计值fpy =1 110 MPa，是普通热轧带肋钢筋HRB400的3倍。同时，桁架的上弦钢筋为了避免受压屈曲破坏而优化为灌浆钢管，有效提高了其抗弯刚度。在相同板厚的情况下，较传统钢筋桁架叠合板具有更高的抗弯承载力。
预制底板通过张拉螺旋肋钢丝使全截面受到预压应力，张拉控制力σcon=0.5fpyk。以35 mm厚、混凝土强度等级为C40（ftk =2.39 MPa）预制底板为例，n根预应力钢丝在混凝土底板受拉边缘建立的预压应力σpc见表3。预应力底板以（σpc+ftk）/ftk的比值来表述混凝土底板的抗裂能力。由表3可知，预应力混凝土钢管桁架底板的抗裂能力是普通混凝土底板的两倍以上。
按照GB 50010—2010中的第7.2.3条规定，预应力混凝土钢管桁架短期刚度Bpc按不出现裂缝的预应力混凝土受弯构件计算，普通混凝土底板在荷载作用下往往会出现裂缝，其短期刚度Bc按普通钢筋混凝土受弯构件计算。计算结果如表4所示。
由表4可知，在底板混凝土强度相同的情况下，尽管预应力混凝土底板厚度小于普通混凝土底板，但其抗弯刚度是普通混凝土底板的两倍以上，充分展现了预应力混凝土钢管桁架底板优异的抗裂性能及较大的抗弯刚度。
目前，装配式建筑所用叠合板的预制混凝土底板厚度均大于60 mm。预应力混凝土钢管桁架底板借助预应力筋提供的预压应力及钢管桁架提供的较大刚度，在满足裂缝及挠度控制要求的情况下，底板最小厚度可以做到35 mm，质量减少了约40%，有利于构件运输及塔吊吊装。高强预应力钢丝作为受力筋，在抗拉强度满足设计的基本要求的情况下也减少了用钢量。生产工艺上因采用长线台座张拉制作，模具摊销少；蒸汽养护及各种自动化机具的使用均有效提升了生产效率，具有良好的经济效益。
预应力混凝土钢管桁架底板厚度为35~40 mm，整个叠合板厚度在4~5 m跨度范围内可控制在120 mm，与全现浇混凝土板同厚，且不影响叠合层内的管线布置。如前文所述，预制底板具有轻质高强的特点，可有效增大施工现场的临时支撑间距，减少支撑数量，降低实施工程的成本；且底板两侧不出筋，支撑的两端也仅一端留有胡子筋，方便了工厂化生产及现场的安装施工。
目前，预应力钢管桁架叠合板在山东省已有大量应用，积累了丰富的生产、安装、施工经验，江苏省也已有了试点工程，并编制了相关的企业标准设计图集，为该产品在江苏省的推广应用做好了准备。
江苏省采用该产品的首个试点工程为苏州某宾馆扩建项目，地下一层，地上六层，总建筑面积2.5万m2。楼板采用预应力混凝土钢管桁架叠合板，板厚35 mm，混凝土强度等级C40，板最大生产宽度2 100 mm，总供货量4 000 m2。上部叠合层浇筑后，楼板总厚度h=130 mm。预应力混凝土钢管桁架叠合板由于自重轻，现场吊装方便，支撑数量少，且一端出胡子筋，采用密拼板缝施工，提高了施工效率，受到了业主及实施工程单位的好评。
与钢筋桁架叠合板相比，预应力混凝土钢管桁架叠合板在承载能力界限状态和正常使用界限状态具有一定的优势。但目前其刚度计算仍采用等效方法，将钢管及灌浆料等效成混凝土面积代入计算，并未考虑组合结构性能，因而在施工全套工艺流程中超过2.4 m板跨时，理论上仍需布置支撑来满足计算挠度结果，与实际检验测试结果为的大跨板高承载力及高抗裂性不符。下一步工作能结合试验对比，进一步改善计算方式，分析无支撑预应力混凝土钢管桁架叠合板的受力状态，论证其可行性。
随着我们国家的经济的快速地发展，大规模的公共项目如商业广场、商务写字楼、室内停车场、地铁站厅、学校、医院等建筑项目鳞次栉比，大跨度叠合楼板需求逐年递增。现阶段，对大跨度叠合板的试验及理论研究相对较少。因此，大跨度预应力钢管桁架叠合板的研究与应用将会是下一阶段目标，也是推进建筑工业化的重要一环。
（1）相对于钢筋桁架混凝土叠合板，预应力混凝土钢管桁架叠合板的受弯承载力、抗裂能力、抗弯刚度等力学性能都具有一定优势，综合性能好。
（2）该产品生产采用长线台座张拉，生产效率高，底板厚度可做到35~40 mm，具备比较好的经济性及施工安装的便捷性。
（3）结合我国现阶段装配式建筑的发展的新趋势，预应力混凝土钢管桁架叠合板未来应朝大跨度、无支撑方向发展。
（4）结合工程案例，验证了该产品的可行性、安全性及施工便利性，可在江苏省内推广与应用。
