既有建筑更新中预制空心板结构相关问题探讨

■ DAI Hongchao WANG Lili ZHANG Yangkang

1 概述

预制多孔板是建筑工业化的产物，一般在工厂预制好，然后运输到建造现场后，用起重设备吊装到在建房屋中。预制楼板加快了施工进度，减少了现场工作量，降低了施工难度[1]。国外早于19 世纪90 年代开始应用预制楼板，到20 世纪50 年代，已得到了较广泛的应用。20 世纪70年代，开始在我国的房屋建筑领域广泛应用。

从20 世纪70 年代开始，为了规范预制板制作、方便设计单位选用，上海陆续制订了多本预制多孔板图集。1976 年，上海工业建筑设计院编制了上海市结构构件通用图集《240预应力多孔板》（沪G301），该图集为先张法预应力混凝土多孔板施工图，适用范围为：①跨度为6.0m、6.6m 和7.5m 且平顶要求平整的工业及民用建筑；②板表面温度≤80℃的建筑；③适用于地震设计烈度＜7度的地区，当地震设计烈度≥7 度时，应按《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ11—74）和有关抗震节点构造图集设防；④当遇有侵蚀性气体作用、潮湿度大、高温影响或有振动影响的建筑时，应由设计人根据使用要求，采取必要的措施自行确定使用。1980年，上海市民用建筑设计院编制了上海市结构构件通用图集《180 预应力多孔板》（沪G302）。1987 年，上海市民用建筑设计院编制了上海市结构构件通用图集《120 预应力多孔板》（沪G303）。1997 年，上海市建工设计研究院等单位陆续编制了上海市结构构件通用图集《180 预应力混凝土空心板》（1997 沪G305）、《120预应力混凝土空心板》（1997 沪G306）。

预应力多孔板中，混凝土的强度等级主要为300 号、400 号，钢筋基本为冷拉钢筋；板宽主要有450mm、600mm、750mm、900mm、1200mm、1500mm 等，其底面宽度一般比标志宽度小10mm，顶面宽度则比标志宽度小40mm。

预应力多孔板中的冷拉钢筋通过冷拔加工，抗拉强度增大，多孔板的开裂荷载有所提高，但延性有所降低，当使用荷载增加或预制板受损时，容易产生脆性破坏。因此，在既有建筑更新过程中，考虑到房屋建造年代较久远、使用过程中多次装修改造等因素，应先调查清楚预制板楼面的恒载，查明其结构损坏，明确其承载力，对其安全性进行科学分析与评定。特别是在原始图纸缺失情况下，由于无法确定预制多孔板型号，不能查阅相关图集了解其承载力，因此，对预制多孔板进行详细的检测和安全性分析，是既有建筑改造中至关重要的一项内容。

2 预制板楼、屋面的荷载调查

预制板楼、屋面恒载包括吊顶荷载、板底面层荷载、预制板自身恒载、板面荷载。一般情况下，吊顶荷载可通过吊顶种类进行快速确定；板底面层一般仅为腻子层和涂料层，荷载较容易确定。

当有原始图纸时，可通过查看预制板型号，在图集中获取预制板自身荷载。由于房屋建造久远等原因，部分房屋原始图纸缺失，此时可根据房屋的建造年代，判断其预制空心板孔洞类型，计算孔洞率，最终根据楼板厚度计算楼板恒载。如：建造于20世纪70 年代后的上海预制板房屋，预制板孔洞基本为圆形，可根据当时的图集，对孔洞率进行计算。但对于建造年代更久远的房屋，由于当时缺乏统一的图集，预制板的孔洞类型较难判断，此时，可结合预制板已损坏部位进行检测，以确定孔洞类型、尺寸，从而较准确地计算出楼面恒载。

例如，某建筑建造于20 世纪60年代，预制板楼盖，原设计为教学楼，后期拟修缮后作为其它用途使用，为确保安全，需要对其进行安全检测。现场检测时，发现在后期增设的管道井部位预制板因开洞局部受损。于是，对开洞区域进行详细检测，发现该楼盖预制板为大空腔，孔洞近似矩形，孔洞总宽300mm，高120mm，孔洞率约为52.5%，楼板自身恒载约为1.9kN/m2（图1、2）。

图1 预制板空腔照片

图2 预制板剖面示意图（沿跨度方向）

3 预制板楼、屋面的承载力分析

对于预制板楼、屋盖，当预制板型号未知时，确定楼面承载力的直接方法主要为荷载试验。荷载试验能直观确定预制板承载力，但存在以下弊端：①对于既有建筑，基本不可能采用拆除预制板、带回试验室的方式进行荷载试验；②现场荷载试验时，需要消除试验板与周边结构的约束，使其成为独立受力的简支构件，这对楼面结构有较大的损害；③预制板采用预应力钢筋或冷拉钢筋，加载到一定程度后，容易产生脆性破坏，有可能导致试验板受损失效。因此，目前很少采用上述方式确定预制板楼面承载力。

对于居住建筑，预制板结构一般应用于2000 年前的多层住宅楼中，该类房屋一般为砌体结构，竖向由纵横砌体承重，预制板楼、屋盖，预制板搁置在横墙上，对于该类建筑，在后续更新时，建议楼面荷载不超过原设计的住宅楼楼面荷载即可。对于非居住建筑，因平面布局需要，预制板楼盖或屋盖基本由预制板和混凝土梁组成。考虑到结构设计时，在后续使用荷载下，预制板和混凝土梁的承载力均应满足承载力要求，当确实调阅不到原始图纸，也无法采用其它有效方法确定预制板承载力时，可把混凝土梁的承载力作为楼面荷载效应的控制指标，根据混凝土梁的承载力倒推楼面承载力，进而对既有建筑更新后的使用功能进行定位。

例如，在上海市某园区既有建筑更新过程中，为便于功能定位，首先要明确园区内既有房屋的结构承载力。为此，前期由检测单位对院内1号楼进行结构安全检测。因检测初期未调阅到原始结构图纸资料，故对建筑、结构图纸进行测绘。

根据检测结果及园区房地产权证等相关资料，该幢房屋建造于1986年，原为生产用房，建筑高度为5层，其中，底层层高为5.5m，其余楼层层高均为3.6m。其建筑平面呈矩形，东西向共11 跨，跨度尺寸为5.1m；南北向共2 跨，跨度尺寸为6.0m。房屋为钢筋混凝土框架结构，现浇混凝土梁、柱，预制板楼、屋盖，预制板搁置在南北向花篮梁上。混凝土柱截面尺寸主要为400mm×600mm、400mm×500mm，柱 中 纵 筋 为10φ22 螺纹钢筋；混凝土梁基本为花篮梁，主梁底宽度主要为300mm，梁总高600mm，梁底跨中部位纵筋为2φ22 和1φ20 螺纹钢筋等，箍筋为φ10@100/200 的光圆钢筋。预制板楼面从下至上由粉刷层、预制板、细石混凝土整浇层、水泥砂浆找平层及水磨石面层组成，厚度依次 约 为3mm、180mm、50mm、18mm、12mm，预制板宽度介于890～895mm。

根据楼面分层做法检测结果，楼 面 恒 载 为4.6kN/m2。按 照《建筑结构可靠性设计统一标准》（GB50068—2018）、《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）、《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）等，采用中国建筑科学研究院结构研究所PKPM 系 列PMCAD、SATWE 等计算软件，对上部结构承载力进行验算。经验算，在楼面活载为3.5kN/m2时（恒活载组合后的楼面荷载效应为11.2kN/m2），混凝土梁承载力基本满足要求。

检测后期，从档案室翻阅到了该幢房屋的部分图纸，发现楼面预制板编号主要为YKB-丙48-6（图3），套用《180 预应力多孔板》（沪G302），该型号预制板的板宽、板长分别为890mm、4780mm，单块板自重为1031kg，允许荷载为9.17kN/m2（按 照2.35kN/m2扣除板的自重）。根据上述预制板参数，预制板均布荷载效应允许值为11.5kN/m2，与检测最初根据楼面梁承载力倒推的楼面承载力基本相符。

4 预制板结构损坏处理

4.1 预制板裂缝的分析及处理

预制板楼、屋盖的常见损坏为沿预制板跨度方向，在预制板拼接处出现的界面裂缝。上述裂缝较为普遍，主要是由于房屋建造年代久远、预制板灌缝材料的收缩造成的，为非荷载裂缝，裂缝宽度一般较小，对正常使用略有影响，有条件时，可采取批嵌等方式进行处理。

图3 检测后期调阅到的某园区1 号楼结构平面图

因预制板采用固定模数，为便于施工，对于预制板摆放后靠近边梁的空隙，部分房屋采用与边梁一起局部现浇楼板的方式进行处理。边梁截面呈Г 形，在该种施工方式下，预制板与边缘现浇板交接处亦会形成界面裂缝，一般情况下板面开裂较为明显，可采用重新灌缝、局部翻做面层等方式进行处理。例如，上海某园区1 号楼原设计为生成用房，局部为大空间区域，楼面靠近南外墙区域存在1 条贯穿多个开间的裂缝（图4），裂缝宽度约5～8mm。经检测，该区域南北向柱距为6m，楼面由5 块890mm 宽和1 块740mm 宽的预制板组成，因混凝土柱截面高度较大（截面高度为600mm，大于连梁截面宽度240mm），两端不便于铺预制板，因此，两端区域楼面局部和连梁一起现浇，再加上面层较厚，从而产生上述裂缝。

图4 某园区1 号楼预制板与边缘现浇板交接处存在明显开裂现象

另外，预制多孔板按简支构件配筋，板顶未配置钢筋，在预制、运输或者吊装过程中，由于吊装不当等因素，可能会导致预制多孔板产生一些隐性裂缝，在后期使用过程中，因楼面荷载增加，在板底出现开裂等损坏现象。该裂缝为预制板缺陷等原因产生的荷载裂缝，应采取加固等有效方式进行处理，且条件许可时，应更换受损预制板。例如，上海某住宅小区的一幢6 层住宅楼，砌体结构，预制多孔板楼、屋盖，建造于20 世纪90年代；2010 年，业主在装修过程中，发现其中一块预制板存在开裂现象（图5、6），委托专业检测单位凿除裂缝处板底粉刷后进行检测，结果表明，该裂缝为预制板本身开裂产生的结构裂缝，未见房屋存在其它结构损坏现象。由于该预制板存在明显的安全隐患，根据现场条件，后期进行了加固处理。

图5 某住宅楼预制板底裂缝示意图

图6 某住宅楼预制板底开裂照片

4.2 预制板开洞受损后的处理

因预制板房屋建造年代久远，随着建筑功能的提升，在修缮改造过程中，经常会遇到预制板开洞等损坏现象。特别是对于公共建筑，因增设卫生间、管道井等原因，个别预制板开洞受损严重，导致预制板截面削弱、预应力筋被截断，存在严重安全隐患。

对于上述预制板局部开大洞（图7），或一块预制板上开较多洞口（图8）的情况，应在洞口边另设边梁支承传力。新增支承梁可采用钢梁或钢筋混凝土梁，新增梁两端应与主体结构连接可靠。对于同一块预制板开多个洞口的情况，宜采取更换或局部重做现浇板的方式进行修复。

图7 预制板开洞受损

图8 楼面局部改为卫生间，预制板增开多个洞口

4.3 预制板改现浇板的注意事项

在既有建筑更新过程中，因预制板损坏严重或楼面荷载增加较大等因素，部分项目将预制板拆除并更换为现浇混凝土板。通过上述方式，一方面，可以消除安全隐患，提高楼面承载力；另一方面，可以改善楼面防水效果。

因预制板为单向板，荷载主要传递至预制板两端的横墙或混凝土主梁上；改为现浇板后，可能会形成双向板，并按双向板进行设计。在上述情况下，应注意对原自承重墙或次梁的承载力进行复核。

另外，对于既有结构的更新，在施工过程中，应采取措施确保现浇板有足够的搁置长度。特别是对于两端均搁置在横墙上的预制板，预制板拆除后，横墙上的凹槽深度较小，浇筑混凝土时，难以对凹槽内的混凝土进行振捣。因此，应采取增加混凝土和易性等措施，确保搁置端牢靠。

例如，上海市某4 层建筑，建造于20 世纪80 年代，预制板楼、屋盖，原设计为教学楼，后续修缮后作为老年服务中心使用，因此，需要把部分楼面改为卫生间。预制板楼面改卫生间后，需要对楼面开洞安装排水管，同时，考虑到预制板楼面容易产生渗漏水现象，更新设计时，把该区域的预制板更改为现浇混凝土楼板。但在施工过程中，预制板拆除后，由于未清除横墙凹槽中的残留混凝土等杂物，导致现浇混凝土板搁置长度偏小，存在一定的安全隐患（图9）。后期，采用在现浇板搁置端增设槽钢梁的方式，增加了现浇板搁置长度（图10）。

5 结语

图9 预制板改现浇板后搁置长度偏小

图10 后期采用槽钢梁增加搁置长度

综上所述，采用预制板结构的既有建筑，在更新改造时，应首先明确楼面承载力。当原始图纸缺失时，可根据房屋的建造年代、预制板厚度、宽度及跨度等尺寸信息，判断预制空心板类型，估算孔洞率，计算楼板恒载。对于预制板楼、屋盖，当预制板型号未知时，可将混凝土梁的承载力作为楼面荷载效应的控制指标，根据混凝土梁的承载力倒推楼面承载力；确有必要时，可采用荷载试验等方式直接确定楼板承载力。预制板楼、屋盖的常见损坏为沿预制板跨度方向、在预制板拼接处出现的界面裂缝，当预制板出现结构开裂、开洞受损等损坏现象时，可采用增设梁加固等有效方式进行处理；对于受损严重的预制板，条件许可情况下，可采用更换或局部改现浇板等方式进行处理。另外，预制板楼面改现浇板时，应注意对原自承重墙或次梁承载力的复核，并在施工过程中，采取有效措施保证现浇板有足够的搁置长度，确保搁置端锚固牢靠。