一种全预制混凝土楼板连接构造及设计计算方法

技术领域

本发明涉及建筑结构连接构造技术领域，具体而言，涉及一种全预制混凝土楼板连接构造及设计计算方法。

背景技术

楼板作为整体建筑结构的重要组成部分，不但承担竖向荷载，同时可将地震作用和风荷载作用产生的水平荷载传递给抗侧体系。传统的钢-现浇混凝土楼板表现出优异的力学性能，但建设过程中仍需大量工人进行现场模板制作、钢筋绑扎和混凝土浇筑等工作，存在施工繁琐、作业量大、施工效率低等问题；此外，随着劳动力短缺，所需人工成本大大增加；大规模现场湿作业造成环境污染，不符合我国推行的建筑工业化发展方向，有悖可持续发展理念。

现有楼板形式主要包括传统桁架筋楼承板、可拆底模桁架筋楼承板和叠合板组合楼板等，但经市场验证，这些产品都还不是成熟的住宅建筑楼板解决方案。传统桁架筋楼承板压型钢板暴露，美观性差，妨碍装修，用户体验差，在住宅中消费者接受度很低；可拆底模桁架筋楼承板施工过程复杂，且底模的实际可重复利用性不高，成本较高；而叠合板组合楼板需要实际板厚大于150mm，在楼板厚度普遍为100-120mm的住宅建筑中适用性受限。

为解决相应的问题，当前也有采用槽孔连接的全预制楼板相关研究，采用槽孔连接的全预制楼板可满足构件完全工厂化生产、现场装配化安装的工程需求，现场少量湿作业，显著提升施工效率，更为绿色环保，经济效益显著。然而，受运输时楼板尺寸限制，相邻预制楼板间不可避免地存在拼缝。全预制楼板间物理连接拼缝影响楼板面内抗剪、抗弯刚度和承载能力，导致楼板整体性显著降低；此外，在竖向荷载作用下，拼缝两侧全预制板存在变形不协调等问题，导致拼缝处装饰装修破坏，影响使用舒适性和美观性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种全预制混凝土楼板连接构造及设计计算方法，该连接构造可显著提升全预制楼板面内抗剪、抗弯刚度和承载能力，并保证承受竖向荷载时板缝处的变形协调，可达到近似整体现浇楼盖的使用性能。本发明涉及全预制装配式楼板具有性能可靠、构造简单、施工快速、绿色环保等优势。

本发明是这样实现的：

本发明首先提供一种全预制混凝土楼板连接构造，包括两侧的预制混凝土楼板1、后置钢筋架2、后置贯穿纵筋3以及后浇混凝土4，其中：

所述预制混凝土楼板1在连接侧的侧面开有纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12，纵向贯通槽11纵向贯通楼板的长度，竖向贯通槽12开设在纵向贯通槽11上并竖向贯通楼板的厚度；所述预制混凝土楼板1内横向钢筋13在相邻竖向贯通槽12之间形成U型筋14并外漏在纵向贯通槽11内；

所述后置钢筋架2居中设置在两侧楼板对接形成的竖向贯通槽12内；

所述后置贯穿纵筋3从所述后置钢筋架2和U型筋14中穿过并对称布置在两侧楼板的纵向贯通槽11内；

所述后浇混凝土4浇筑在纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12中，与所述后置钢筋架2、后置贯穿纵筋3锚固形成通长的连接块。

优选的，所述纵向贯通槽11在连接侧将预制混凝土楼板1分隔成上部区域和下部区域，所述横向钢筋13在相邻竖向贯通槽12之间的上部区域和下部区域之间形成闭合的U型筋14。

优选的，所述纵向贯通槽11横截面为内宽外窄的梯形缩口结构。

优选的，所述竖向贯通槽12在板面方向为内宽外窄的梯形缩口结构，在板厚方向沿纵向贯通槽11的中心线呈上下对称，并且上下均为外宽内窄的梯形缩口结构。

优选的，所述竖向贯通槽12沿所述纵向贯通槽11均匀间隔排布，且竖向贯通槽12与纵向贯通槽11深度相同。

优选的，所述U型筋14由预制混凝土楼板1上下层横向钢筋13在连接侧的非竖向贯通槽12位置弯折对接形成，或者上下层横向钢筋13在连接侧的非竖向贯通槽12位置为整根U型筋14。

优选的，所述后置钢筋架2为在工厂加工成型的方形钢筋环。

优选的，所述方形钢筋环中间焊接有横向架立筋21，横向架立筋21用于所述后置贯穿纵筋3从所述后置钢筋架2中穿设时放置所述后置贯穿纵筋3。

优选的，所述后浇混凝土4为超高性能混凝土UHPC。

本发明还提供一种全预制混凝土楼板连接构造的设计计算方法，包括如下步骤：

步骤1，确定预制混凝土楼板尺寸、配筋：

预制混凝土楼板尺寸包括板厚h、板长l，楼板配筋为a@b，其中a为预制混凝土楼板横向钢筋直径，b为预制混凝土楼板横向钢筋间距；

步骤2，确定纵向贯通槽11与竖向贯通槽12槽孔的尺寸：

两者深度相同，均为s，竖向贯通槽12的尺寸包括板面内宽w

各尺寸存在如下关系：

确定w

步骤3，预先给定一个w

竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使得相邻预制混凝土楼板区域发生剪切破坏；

竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使得相邻预制混凝土楼板区域发生局压破坏；

其中，

式中，

根据以上公式验证槽孔的基本参数是否满足式1和式2的要求，如果满足进行下一步，如果不满足，改变槽孔尺寸继续进行式1和式2的验算，直到满足，然后进行下一步；

步骤4，槽孔尺寸满足要求后，进行全预制混凝土楼板连接构造的承载力计算，包括抗剪承载力、抗弯承载力；

交界面处的抗剪承载力

式中，

抗弯承载力计算：

步骤5，计算板长l范围内的抗剪承载力和抗弯承载力。

抗剪承载力计算：

抗弯承载力计算：

预制混凝土楼板连接构造设计完毕，将V和M与结构依据实际工况荷载计算所得的楼板拼接节点位置的剪力和弯矩进行对比，大于该剪力和弯矩即可。

与现有技术相比，本发明提供的一种全预制混凝土楼板连接构造具有以下优势：

本发明两相邻预制混凝土楼板拼接处均布具有良好水平、竖向嵌固功能的槽孔，巧妙利用槽孔构造特点，结合后置钢筋架和后置贯穿纵筋，可对楼板面内和面外形成可靠的连接，后浇混凝土后中间连接构造保证了垂直板缝方向的抗拉性能和平行板缝方向的抗剪性能，在全预制楼板之间形成高性能可靠连接，提升了板缝连接处刚度以及相邻预制板间协同变形能力，有利于楼板整体性提升。

本发明浇筑材料采用UHPC，充分发挥后浇UHPC材料性能优势，具有超高强度、超高韧性、超长耐久性等优良性能。相比普通混凝土，可对钢筋形成更强的粘结锚固。

全预制混凝土楼板无外伸钢筋，交界面无需特殊处理，显著降低了工厂内楼板加工制作的难度，便于预制楼板标准化、自动化生产；现场施工时，仅需对后浇区域简单支模即可浇筑混凝土，施工简单快捷，可大大节省工期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1是一种实施方式全预制混凝土楼板整体结构示意图；

图2是预制混凝土楼板连接构造局部放大示意图；

图3是预制混凝土楼板槽孔结构示意图；

图4是预制混凝土楼板槽孔与横向钢筋布置示意图；

图5是非槽孔位置横向钢筋构造示意图；

图6是后置钢筋架结构示意图；

图7是连接块结构示意图；

图8是一种实施方式全预制混凝土楼板连接整体结构示意图；

图9是一种多块预制混凝土楼板连接示意图；

图10是竖向贯通槽俯视示意图（板面方向）；

图11是竖向贯通槽主视示意图（板厚方向）；

图12是纵向贯通槽侧视示意图（板端方向）。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。

参见图1，一种全预制混凝土楼板连接构造，包括两侧的预制混凝土楼板1、后置钢筋架2、后置贯穿纵筋3以及后浇混凝土4，其中，

预制混凝土楼板1在连接侧的侧面开有纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12，纵向贯通槽11在连接侧的侧面纵向贯通楼板的长度，竖向贯通槽12在连接侧的侧面竖向贯通楼板的厚度，且竖向贯通槽12与纵向贯通槽11相互交叉并贯通。并且，预制混凝土楼板1内横向钢筋13在相邻竖向贯通槽12之间，即在连接侧的非竖向贯通槽12位置形成U型筋14并外漏在纵向贯通槽11内。

显而易见，连接侧的侧面即两个预制混凝土楼板1相互连接的侧边，本发明为楼板的纵向侧边，纵向贯通槽11在楼板的侧边沿楼板纵向通长开设，即从楼板侧边向楼板内开设一定深度s形成槽孔，竖向贯通槽12沿纵向贯通槽11均匀间隔布置，竖向贯通槽12由楼板的顶面向下贯通纵向贯通槽11并贯通至楼板的底面。

后置钢筋架2居中设置在两侧楼板的竖向贯通槽12内；两侧楼板的连接侧对接后，竖向贯通槽12对接合并成一个完整的槽孔，如图2所示，后置钢筋架2放置于槽孔中，具体施工时可采用临时固定措施将后置钢筋架2临时固定，使得其基本位于槽孔中央且不晃动、倾倒即可。

后置贯穿纵筋3穿设于后置钢筋架2和U型筋14中并纵向对称布置在两侧楼板的纵向贯通槽11内；后置贯穿纵筋3有两根，分别布置于两侧楼板的纵向贯通槽11内，后置贯穿纵筋3从后置钢筋架2和U型筋14中穿设，浇筑混凝土后，后置钢筋架2和U型筋14对后置贯穿纵筋3形成约束和拉结作用。

另外，由于竖向贯通槽12被纵向贯通槽11分割成上部区域和下部区域，通过将非竖向贯通槽12位置的横向钢筋13设置为U型筋，在约束后置贯穿纵筋3的同时能够增强纵向贯通槽11上下部区域的非竖向贯通槽12位置混凝土的整体性。

后浇混凝土4浇筑在纵向贯通槽11和多个竖向贯通槽12中，与后置钢筋架2、后置贯穿纵筋3锚固形成通长的连接块，如图7所示。

本发明中，后浇混凝土4采用超高性能混凝土UHPC。UHPC具有超高强度、超高韧性、超长耐久性等优良性能，相比普通混凝土，可对槽孔内钢筋形成更强的粘结锚固作用（锚固性能约为普通C30混凝土的5~7倍），可将受拉钢筋混凝土中受力钢筋锚固长度由C30混凝土对应的35d缩小为5d~7d，即在保证全预制楼板间板缝承载力、刚度和延性的同时，将钢筋锚固长度降为C30混凝土锚固时的1/7~1/5，显著降低后置钢筋尺寸，进而使得槽孔尺寸、钢筋用量以及后浇UHPC区域范围得到有效控制，经济效益显著。

本发明中，如图1并结合图12所示，纵向贯通槽11横截面为内宽外窄的梯形缩口结构，浇筑UHPC后形成的内宽外窄的形状，可以显著提高板缝的抗拉强度。

本发明中，如图3并结合图10、11所示，竖向贯通槽12在板面方向为内宽外窄的梯形缩口结构，在板厚方向沿纵向贯通槽11的中心线呈上下对称，并且上下均为外宽内窄的梯形缩口结构。通过设计板面方向内宽外窄的形状，保证后浇UHPC与预制混凝土板间形成面内横、纵方向的有效连接，并协同后置钢筋架2共同抵抗平行板缝方向的剪力及垂直于板缝方向的拉力；板厚方向为以板厚中心线为对称轴的中间窄上下宽的对称构造，保证后浇UHPC与预制混凝土板间形成面外方向的有效连接，协同后置钢筋架2共同抵抗竖向荷载作用下的正负弯矩和变形。

本发明中，竖向贯通槽12沿纵向贯通槽11均匀间隔排布，且竖向贯通槽12与纵向贯通槽11深度相同。从施工工艺的角度，槽孔深度相同便于开设，另外本发明中竖向贯通槽12的间距与楼板内横向钢筋13的间距保持一致，以避开预制混凝土楼板内的横向钢筋，如图4所示。

本发明中，如图2、5所示，预制混凝土楼板1上下层横向钢筋13在连接侧的非竖向贯通槽12位置弯折对接成U型筋14，或者上下层横向钢筋13在连接侧的非竖向贯通槽12位置为整根U型筋14，后置贯穿纵筋3穿设于该U型筋14中。通过将横向钢筋弯折成U型筋，后置贯穿纵筋3在穿设时从U型筋中穿过，一方面能够加强楼板预制混凝土与后浇UHPC之间的连接，另一方面，可协同后置钢筋架对后置贯穿纵筋形成一定的嵌固和拉结效果，后置钢筋架与后置贯穿纵筋共同作用将两侧预制混凝土楼板牢固连接形成一体。

本发明中，如图6并结合图2所示，后置钢筋架2为在工厂加工成型的方形钢筋环，方形钢筋环中间焊接有横向架立筋21，横向架立筋21用于后置贯穿纵筋3从后置钢筋架2中穿设时放置后置贯穿纵筋3。横向架立筋21焊接在方形钢筋环的中间位置，通过将后置贯穿纵筋3放置在横向架立筋21上，后置贯穿纵筋3在各个竖向贯通槽12内基本都能够处在板厚方向的正中部，上下对称，结构布置更合理，受力更均匀。

连接构造拼接状态如图8所示，左右两块预制混凝土楼板1通过连接构造相互啮合在一起。当有三块及以上预制混凝土楼板连接时，可用本发明连接构造完成两块楼板的拼接形成一整块楼板，然后再进行两块楼板之间的拼接即可，如图9所示。

本发明所提供的一种全预制混凝土楼板连接构造，按照如下设计计算方法进行设计计算：

步骤1，确定预制混凝土楼板尺寸、配筋：

预制混凝土楼板尺寸包括板厚h、板长l，楼板配筋为a@b，其中a为预制混凝土楼板横向钢筋直径，b为预制混凝土楼板横向钢筋间距；

步骤2，确定纵向贯通槽11与竖向贯通槽12槽孔的尺寸：

两者深度相同，均为s，如图10、11所示，竖向贯通槽12的尺寸包括板面内宽w

各尺寸存在如下关系：

确定w

步骤3，预先给定一个w

竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使得相邻预制混凝土楼板区域发生剪切破坏；

竖向贯通槽12浇筑UHPC后形成的抗剪槽不会使得相邻预制混凝土楼板区域发生局压破坏；

其中，

式中，

根据以上公式验证槽孔的基本参数是否满足式1和式2的要求，如果满足进行下一步，如果不满足，改变槽孔尺寸继续进行式1和式2的验算，直到满足，然后进行下一步；

步骤4，确定好槽孔尺寸之后，进行全预制混凝土楼板连接构造的承载力计算，包括抗剪承载力、抗弯承载力；

交界面处的抗剪承载力

式中，

抗弯承载力计算：

步骤5，计算板长l范围内的抗剪承载力和抗弯承载力。

抗剪承载力计算：

抗弯承载力计算：

预制混凝土楼板连接构造设计完毕，将V和M与结构依据实际工况荷载计算所得的楼板拼接节点位置的剪力和弯矩进行对比，只要大于结构计算的结果即可。

本发明的设计计算方法是针对本发明一种全预制混凝土楼板连接构造给出的对应的设计计算方法，设计思路清晰明确，为全预制混凝土楼板连接构造承载力校核提供理论依据，便于工程应用时专业人员进行设计计算。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。