论文部分内容阅读
摘要： SP预应力混凝土空心板用作建筑外墙是一种很好的结构形式。SP预应力混凝土空心板（以下简称SP板）是引进美国SPANCRETE公司生产设备和技术生产的大跨度预应力混凝土空心板，具有跨度大、承载高、恢复力强、自重轻、板跨不受模数限制、产品质量稳定、几何尺寸偏差小等优点，同时具有良好的抗震、保温、耐火和隔音性能，并可以通过增加混凝土保护层厚度和增设保温层（如聚苯板等）来提高耐火和保温效果。SP墙板在国外广泛用于工业厂房、体育馆、办公楼等建筑，施工简单、外形美观。在日本高层钢框架建筑采用带竖缝的SP墙板，可以很好的吸收地震能量，抗震效果较好。采用SP预应力混凝土空心墙板，能承受较大的水平荷载、施工速度快，省去了传统外墙做法的繁琐工序，大大节省了工期，并能达到外形美观的效果。本文简单阐述了SP板的生产工艺和性能特点，并运用两个工程实例详细说明SP墙板与钢框架结构的连接节点设计、安装过程，以此来阐明SP板用做建筑外墙的优势。
关键词： SP预应力混凝土空心板；外墙板；保温层；抗震；耐火
Abstract: SP pre-stress concrete hollow slab is a very good structure form as building exterior wall. SP pre-stress concrete hollow slab (hereinafter referred to as the SP board) is produced by the introduction of the United States SPANCRETE company production equipment and production technology of the large span pre-stress concrete hollow slab, it features the large span, high load, strong restoring force, light dead weight, across the board from modulus limit, stable product quality, the advantages of small geometry size deviation, and better seismic, heat preservation, refractory and sound insulation performance, and may through increasing the thickness of protection layer add thermal insulation layer (such as polystyrene plate etc) to improve refractory and heat preservation effect. SP is widely used in the industry in foreign countries wallboard workshop, the gym, office buildings and other buildings, simple construction and beautiful shape. In the top Japanese steel frame buildings, vertical joints SP wallboard is used, and can well absorb the earthquake energy, seismic effect is good. The pre-stress concrete hollow wallboard SP, can bear larger level load and construction speed is quick, tell the traditional practice of exterior wall tedious process, greatly saves time limit, and can reach the effect of beautiful appearance. In this paper, the author briefly expounds the board of production technology and SP performance characteristics, and use of two engineering example detail SP wallboard and steel frame structure of the connected node design, installation process for references.
Key Words: SP pre-stress concrete hollow slab; exterior wall slab; insulating layer; seismic resistance; fire-resistance
中图分类号：TU528 文献标识码：A文章编号：
1、引言
纵观世界各国建筑业的发展趋势，将建造房屋的工程量尽可能地由现场转移到专业工厂中以产品的形式制作，再在施工现场组装完成。这种建筑业由粗放到集约的转型，不仅能够省材、减耗、节能、环保，还会减轻劳务、加快速度、稳定质量、提高效率。因此，产业化进程肯定也是我国建筑业未来的发展方向。混凝土预制构件及装配式结构的应用，是建筑产业化的重要方面。十多年前从美国引进的SP预应力空心板，具有大跨、重载、体轻、省钢、延性、工艺简单等特点，是一种较好的结构形式。清华大学及标准设计研究院等单位通过试验、科研，编制了现行的《05SG408》标准图集，经过十多年的工程实践，SP板在国内的应用技术已经成熟并得到廣泛应用。
在国外，SP板用做墙板已有三十多年的历史，主要应用在工业厂房、体育馆、学校、大型超市等建筑，具有施工工艺简单、施工速度快、外形美观、保温及耐久性能好等优点。我国传统的建筑物外墙大多是砌红机砖、现浇混凝土、或框架结构中填充空心砖等，随着建筑业的发展，各种新型建筑材料越来越多地应用到建筑施工中，SP板用做墙板是种较好的结构形式。
2、SP板简介
2.1、生产工艺
SP板是引进美国SPANCRETE公司的机械设备生产的预应力空心板，在美国的注册商标为“SPANCRETE空心板”，或简称为SP板，1992年由北京福安建材有限公司引进SP板生产设备和生产工艺，在我国建立了第一条SP板生产线，生产工艺为钢绞线长线台座张拉、干硬性混凝土冲捣和挤压成型，可连续叠层生产，不需要模板，自然养护，一次成型。
2.2、SP板规格
SP板的标准宽度为1200mm，需要时可在1200mm范围内生产300mm、600mm、900mm等多种宽度，SP板的厚度为100mm、120mm、150mm、180mm、200mm、250mm、300mm和380mm共8种规格，板的长度可以根据设计任意切割，最长可达18m。
2.3、SP板的优点
（1） 生产工艺先进。无需模板和蒸汽养护，可以叠层生产，生产效率高，与国内同类产品相比，可以减少生产人员70%左右；
（2） 跨度大，承载力高。最大跨度可达18m，省去了部分现浇体系所需的梁柱结构，降低了工程造价，同时增加了建筑的使用空间。最大承载力为2000kg/m2左右，可满足各种建筑结构的使用要求；
（3） 外形美观、使用灵活。SP板采用机械成型，密实度较好，表面平整度可控制在2mm以内，长宽可控制在5mm以内。SP板尺寸可任意切割，不受建筑模数限制，可开洞、切口、设置悬挂，使其在建筑设计时布局灵活；
（4） 空心率高，自重轻。相同厚度下，SP板自重仅为现浇钢筋混凝土楼板的2/3～3/4，减轻了楼盖的自重；
（5） 施工安装速度快，节省工期；
（6） 抗震性能强。SP板端部连接按柔性节点设计，楼盖延性较好。在美国1989年旧金山地震、1994年洛杉机地震和日本1995年神户地震后，对采用SP板的房屋建筑做了调查，结构表明其抗震性能好，震害较轻；
（7） 保温节能效果好。SP板符合我国墙体节能要求，经中国建筑科学研究院物理研究所对其做了建筑热工作性能测试，200mm厚的SP板用作外墙的保温性能，优于370mm实心粘土砖墙；
（8） 经上百次SP板结构性能检测表明，SP板均为挠度达到L/50时板破坏，不会发生突然破坏情况；
另外，SP板的抗裂、耐火、隔音性能均能满足国家标准要求。
3、SP板在外墙中使用的情况
3.1 构造设计
用作楼盖体系的SP板只在板底部配置预应力钢绞线，当用作墙板时，考虑到安装和外观平整度，提高上层混凝土的抗拉性，需要在SP板顶部配置预应力钢绞线，且张拉力小于底部钢绞线。目前用于外墙中的SP板大体有两种：一种为保温型SP板，即在生产过程中，在SP板上层加一层保温材料（见图1），如聚苯板等，主要用于对保温效果要求较高的建筑。
在国外SP板作为墙板的使用比较普遍，原因在于其一，除了SP板本身的优点，SP板可在生产过程中对外观进行处理，如板面颜色、花纹等，成型后在现场拼装完成即可达到设计效果，不需要再进行墙面处理，并且安装简单，施工速度快，在施工中SP墙板有横向安装和竖向安装两种（见图3）；其二，SP板用做墙板具有很好的抗震性能，日本武滕清对高层钢框架建筑，镶入带竖缝的SP墙板，不仅增加了柔性框架的抗侧力强度和刚度，以阻止侧力作用过大的位移，同时大大改善了在强地震中结构的能量吸收能力和延性性能，这在多地震的日本得到充分证实。其三，国外建筑业在使用SP板墙板时，基本上解决了结点处理问题。基于以上原因，在国外建筑外墙中使用SP板就比较广泛了。
3.2 工程实例
在我国SP板作为墙板的使用相对国外来说很少，设计及施工经验也不足。经过十多年的工程实践，也逐步形成了一套较完善的设计、施工方法。典型工程有：①、2005年，由北京福安建材有限公司与北京建筑设计院共同探讨，在北京海淀区大自然花卉市场外墙中使用SP板作为墙板，成功地解决了结点问题（见图4）。②、2005年，由长春一汽第九设计研究院设计的天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间维护墙工程（见图5）。
3.2.1 工程概况
北京大自然花卉市场位于北京海淀区政府东侧，为地下一层、地上一层结构，建筑面积约1.5万平方米，其中地上一层的墙板采用SP板（地下为封闭式钢筋砼结构），墙板高为10～11米，经过计算选用SP20C10型号的SP板作为墙板。
该工程平面是一个花瓣型，即中间一个圆型的大厅，在圆型大厅的外面是五个花瓣型大厅，SP板用于五个花瓣型大厅的外墙，外墙由多个墙体组成，每个墙体由左、中、右3块SP板组成，墙体之间从上到下为玻璃幕墙，用作采光，工程于2005年底竣工并投入使用，用户及社会反映效果良好。
（1） 设计要点
①、在宽1200mm的SP板一端距板端400mm处，另一端距板端245mm处各设3块100×150×8mm的预埋铁；
②、每个墙体左边的SP板距板边433mm处，沿板长方向每隔1200mm设一个铁埋件，右边的SP板距板边169mm处，沿板长方向每隔1200mm设一个铁埋件，用于连接玻璃幕墙；
③、在板的侧面预埋φ12的钢筋，钢筋间距300mm，钢筋外露60mm；
④、每块SP板在一端距板端1000mm处，设一直径为25mm的横穿整个板宽的孔洞。
（2） 安装要点
①、用汽吊或塔吊将每块SP板垂直吊起置放在设计位置；
②、随即将SP板上的预埋铁与上、下梁内的角钢焊接（见图8）；
③、左中右SP板之间的板缝大于100mm，在每个板缝中配4φ12的竖向钢筋和φ6@200箍筋的钢筋骨架；
④、在左中右SP板的板缝中灌注不低于C30的混凝土，并振捣密实。
天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间维护墙工程，2005年施工，工程主体采用钢结构工程，考虑到厂房内要求绝对清洁，室内气压略大于室外，彩钢板难以到达此要求，因此采用SP板。此工程墻体最高18.5m，考虑到钢结构上部变形较大，SP板与钢柱采用活性连接，节点见图6。
4、结论
北京大自然花卉市场和天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间经过近四年时间的使用，墙体及连接处未见裂缝，无渗漏现象，墙体平整，隔音及保温效果较好，说明在该建筑物中的SP板的节点设计达到了设计要求，同时也满足了使用要求。这两个工程填补了SP板在国内用做墙板的空白，也说明SP板作为墙板使用，在我国也能得到进一步的推广和发展。
参考文献
[1] 《05SG408》SP预应力空心板. 中国建筑标准设计研究院.
[2]潘本栋，SP预应力空心板在居住建筑中的应用和发展. 混凝土，2002（1）.
[3]汪一骏，顾泰昌等. 钢结构设计手册（第三版）. 中国建筑工业出版社，2004.
[4]冯乃谦. 混凝土实用大全[M]. 北京：科学出版社，2001.
[5]美国、日本Spancrete技术手册.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词： SP预应力混凝土空心板；外墙板；保温层；抗震；耐火
Abstract: SP pre-stress concrete hollow slab is a very good structure form as building exterior wall. SP pre-stress concrete hollow slab (hereinafter referred to as the SP board) is produced by the introduction of the United States SPANCRETE company production equipment and production technology of the large span pre-stress concrete hollow slab, it features the large span, high load, strong restoring force, light dead weight, across the board from modulus limit, stable product quality, the advantages of small geometry size deviation, and better seismic, heat preservation, refractory and sound insulation performance, and may through increasing the thickness of protection layer add thermal insulation layer (such as polystyrene plate etc) to improve refractory and heat preservation effect. SP is widely used in the industry in foreign countries wallboard workshop, the gym, office buildings and other buildings, simple construction and beautiful shape. In the top Japanese steel frame buildings, vertical joints SP wallboard is used, and can well absorb the earthquake energy, seismic effect is good. The pre-stress concrete hollow wallboard SP, can bear larger level load and construction speed is quick, tell the traditional practice of exterior wall tedious process, greatly saves time limit, and can reach the effect of beautiful appearance. In this paper, the author briefly expounds the board of production technology and SP performance characteristics, and use of two engineering example detail SP wallboard and steel frame structure of the connected node design, installation process for references.
Key Words: SP pre-stress concrete hollow slab; exterior wall slab; insulating layer; seismic resistance; fire-resistance
中图分类号：TU528 文献标识码：A文章编号：
1、引言
纵观世界各国建筑业的发展趋势，将建造房屋的工程量尽可能地由现场转移到专业工厂中以产品的形式制作，再在施工现场组装完成。这种建筑业由粗放到集约的转型，不仅能够省材、减耗、节能、环保，还会减轻劳务、加快速度、稳定质量、提高效率。因此，产业化进程肯定也是我国建筑业未来的发展方向。混凝土预制构件及装配式结构的应用，是建筑产业化的重要方面。十多年前从美国引进的SP预应力空心板，具有大跨、重载、体轻、省钢、延性、工艺简单等特点，是一种较好的结构形式。清华大学及标准设计研究院等单位通过试验、科研，编制了现行的《05SG408》标准图集，经过十多年的工程实践，SP板在国内的应用技术已经成熟并得到廣泛应用。
在国外，SP板用做墙板已有三十多年的历史，主要应用在工业厂房、体育馆、学校、大型超市等建筑，具有施工工艺简单、施工速度快、外形美观、保温及耐久性能好等优点。我国传统的建筑物外墙大多是砌红机砖、现浇混凝土、或框架结构中填充空心砖等，随着建筑业的发展，各种新型建筑材料越来越多地应用到建筑施工中，SP板用做墙板是种较好的结构形式。
2、SP板简介
2.1、生产工艺
SP板是引进美国SPANCRETE公司的机械设备生产的预应力空心板，在美国的注册商标为“SPANCRETE空心板”，或简称为SP板，1992年由北京福安建材有限公司引进SP板生产设备和生产工艺，在我国建立了第一条SP板生产线，生产工艺为钢绞线长线台座张拉、干硬性混凝土冲捣和挤压成型，可连续叠层生产，不需要模板，自然养护，一次成型。
2.2、SP板规格
SP板的标准宽度为1200mm，需要时可在1200mm范围内生产300mm、600mm、900mm等多种宽度，SP板的厚度为100mm、120mm、150mm、180mm、200mm、250mm、300mm和380mm共8种规格，板的长度可以根据设计任意切割，最长可达18m。
2.3、SP板的优点
（1） 生产工艺先进。无需模板和蒸汽养护，可以叠层生产，生产效率高，与国内同类产品相比，可以减少生产人员70%左右；
（2） 跨度大，承载力高。最大跨度可达18m，省去了部分现浇体系所需的梁柱结构，降低了工程造价，同时增加了建筑的使用空间。最大承载力为2000kg/m2左右，可满足各种建筑结构的使用要求；
（3） 外形美观、使用灵活。SP板采用机械成型，密实度较好，表面平整度可控制在2mm以内，长宽可控制在5mm以内。SP板尺寸可任意切割，不受建筑模数限制，可开洞、切口、设置悬挂，使其在建筑设计时布局灵活；
（4） 空心率高，自重轻。相同厚度下，SP板自重仅为现浇钢筋混凝土楼板的2/3～3/4，减轻了楼盖的自重；
（5） 施工安装速度快，节省工期；
（6） 抗震性能强。SP板端部连接按柔性节点设计，楼盖延性较好。在美国1989年旧金山地震、1994年洛杉机地震和日本1995年神户地震后，对采用SP板的房屋建筑做了调查，结构表明其抗震性能好，震害较轻；
（7） 保温节能效果好。SP板符合我国墙体节能要求，经中国建筑科学研究院物理研究所对其做了建筑热工作性能测试，200mm厚的SP板用作外墙的保温性能，优于370mm实心粘土砖墙；
（8） 经上百次SP板结构性能检测表明，SP板均为挠度达到L/50时板破坏，不会发生突然破坏情况；
另外，SP板的抗裂、耐火、隔音性能均能满足国家标准要求。
3、SP板在外墙中使用的情况
3.1 构造设计
用作楼盖体系的SP板只在板底部配置预应力钢绞线，当用作墙板时，考虑到安装和外观平整度，提高上层混凝土的抗拉性，需要在SP板顶部配置预应力钢绞线，且张拉力小于底部钢绞线。目前用于外墙中的SP板大体有两种：一种为保温型SP板，即在生产过程中，在SP板上层加一层保温材料（见图1），如聚苯板等，主要用于对保温效果要求较高的建筑。
在国外SP板作为墙板的使用比较普遍，原因在于其一，除了SP板本身的优点，SP板可在生产过程中对外观进行处理，如板面颜色、花纹等，成型后在现场拼装完成即可达到设计效果，不需要再进行墙面处理，并且安装简单，施工速度快，在施工中SP墙板有横向安装和竖向安装两种（见图3）；其二，SP板用做墙板具有很好的抗震性能，日本武滕清对高层钢框架建筑，镶入带竖缝的SP墙板，不仅增加了柔性框架的抗侧力强度和刚度，以阻止侧力作用过大的位移，同时大大改善了在强地震中结构的能量吸收能力和延性性能，这在多地震的日本得到充分证实。其三，国外建筑业在使用SP板墙板时，基本上解决了结点处理问题。基于以上原因，在国外建筑外墙中使用SP板就比较广泛了。
3.2 工程实例
在我国SP板作为墙板的使用相对国外来说很少，设计及施工经验也不足。经过十多年的工程实践，也逐步形成了一套较完善的设计、施工方法。典型工程有：①、2005年，由北京福安建材有限公司与北京建筑设计院共同探讨，在北京海淀区大自然花卉市场外墙中使用SP板作为墙板，成功地解决了结点问题（见图4）。②、2005年，由长春一汽第九设计研究院设计的天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间维护墙工程（见图5）。
3.2.1 工程概况
北京大自然花卉市场位于北京海淀区政府东侧，为地下一层、地上一层结构，建筑面积约1.5万平方米，其中地上一层的墙板采用SP板（地下为封闭式钢筋砼结构），墙板高为10～11米，经过计算选用SP20C10型号的SP板作为墙板。
该工程平面是一个花瓣型，即中间一个圆型的大厅，在圆型大厅的外面是五个花瓣型大厅，SP板用于五个花瓣型大厅的外墙，外墙由多个墙体组成，每个墙体由左、中、右3块SP板组成，墙体之间从上到下为玻璃幕墙，用作采光，工程于2005年底竣工并投入使用，用户及社会反映效果良好。
（1） 设计要点
①、在宽1200mm的SP板一端距板端400mm处，另一端距板端245mm处各设3块100×150×8mm的预埋铁；
②、每个墙体左边的SP板距板边433mm处，沿板长方向每隔1200mm设一个铁埋件，右边的SP板距板边169mm处，沿板长方向每隔1200mm设一个铁埋件，用于连接玻璃幕墙；
③、在板的侧面预埋φ12的钢筋，钢筋间距300mm，钢筋外露60mm；
④、每块SP板在一端距板端1000mm处，设一直径为25mm的横穿整个板宽的孔洞。
（2） 安装要点
①、用汽吊或塔吊将每块SP板垂直吊起置放在设计位置；
②、随即将SP板上的预埋铁与上、下梁内的角钢焊接（见图8）；
③、左中右SP板之间的板缝大于100mm，在每个板缝中配4φ12的竖向钢筋和φ6@200箍筋的钢筋骨架；
④、在左中右SP板的板缝中灌注不低于C30的混凝土，并振捣密实。
天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间维护墙工程，2005年施工，工程主体采用钢结构工程，考虑到厂房内要求绝对清洁，室内气压略大于室外，彩钢板难以到达此要求，因此采用SP板。此工程墻体最高18.5m，考虑到钢结构上部变形较大，SP板与钢柱采用活性连接，节点见图6。
4、结论
北京大自然花卉市场和天津一汽丰田汽车有限公司三期涂装车间经过近四年时间的使用，墙体及连接处未见裂缝，无渗漏现象，墙体平整，隔音及保温效果较好，说明在该建筑物中的SP板的节点设计达到了设计要求，同时也满足了使用要求。这两个工程填补了SP板在国内用做墙板的空白，也说明SP板作为墙板使用，在我国也能得到进一步的推广和发展。
参考文献
[1] 《05SG408》SP预应力空心板. 中国建筑标准设计研究院.
[2]潘本栋，SP预应力空心板在居住建筑中的应用和发展. 混凝土，2002（1）.
[3]汪一骏，顾泰昌等. 钢结构设计手册（第三版）. 中国建筑工业出版社，2004.
[4]冯乃谦. 混凝土实用大全[M]. 北京：科学出版社，2001.
[5]美国、日本Spancrete技术手册.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。