叠合楼板中悬挑工字钢预埋压环设置分析研究

方从兵 金 阳 陶海冰 蔡梓旭

方远建设集团股份有限公司 浙江 台州 318000

1 研究意义

装配式建筑在很多方面的施工工艺都有别于现浇结构，若采用常规现浇结构的施工思路来组织装配式建筑的营造，则会产生各种各样的问题，甚至会带来安全与质量隐患[1]。

因习惯性与经济性，在当前装配式建筑外架中，多数高层装配式建筑项目仍继续采用悬挑脚手架[2]。

按照规范要求，水平钢梁与楼板压点的预埋压环一定要压在楼板下层钢筋下面并要保证两侧15d（d为钢筋直径）以上锚固长度[3]，因此需要在叠合楼板生产制造时预埋压环。但在实际工程中，因施工单位在装配式建筑中缺乏对构件施工深化设计的意识，通常在叠合楼板吊装好后，利用钻孔开洞的方法，通过螺栓从叠合楼板下将压环固定住。这样的方法容易损坏叠合楼板，特别是当开洞位置处于叠合楼板边缘时，容易造成边界大块崩坏，且叠合楼板强度高，开洞非常费力。即使在施工完毕后对叠合楼板下进行修复，仍会造成影响美观的问题。

目前，关于在叠合楼板中悬挑工字钢预埋压环的设置尚无详细的文献报道。由此可见，研究叠合楼板中如何设置悬挑工字钢压环预埋件十分有必要，一方面能够保证施工方案安全可靠，另一方面能为施工规范在修订时针对装配式建筑施工中的变化与发展进行完善提供相关参考。

2 叠合楼板中预埋悬挑工字钢压环

在叠合楼板生产时预先埋入压环，是解决叠合楼板现场开洞问题最为妥当的方法。但由于埋入的压环露出板面高度大于叠合楼板桁架钢筋露出板面高度，会导致叠合楼板运输以及堆放不便的问题。

为了解决这一问题，将原有压环构件分成2段，如图1所示。预埋段在叠合楼板生产时埋入叠合楼板，现场连接段在叠合楼板安装就位后，在施工现场与预埋段通过钢筋直螺纹套筒进行连接。

图1 叠合楼板分段式压环构件示意

预埋段水平锚固段可采用锚固钢筋90°弯曲锚入且水平锚入长度≥15d，也可采用端锚板的形式。但一般叠合楼板保护层厚度为15 mm，若使用，容易引起露筋。而端锚板可取厚度为10 mm钢板，然后通过在锚板下垫塑料块，可有效避开此问题。其安装工艺流程如图2～图4所示。

图2 叠合楼板设置预埋段

图3 叠合楼板安装就位后安装现场连接段

图4 叠合楼板上现浇层达到强度后安装悬挑工字钢

采用上述形式的压环还应注意以下问题：

1）若压环位置与桁架筋碰撞，应及时告知施工单位，以便其进行施工方案的调整，调整后再生产构件。

2）安装现场连接段时，要对直螺纹套筒的连接质量进行检查。

3 叠合楼板现浇层预埋悬挑工字钢压环

在叠合楼板中预埋压环还需要施工单位与生产单位有较强的沟通与配合能力。同时，即使是规格相同的叠合楼板，放入预埋件的位置也可能不同，因此还需进行单独编号。此外，施工时要根据板编号吊装落位到指定处，所以对施工管理水平还有一定要求。

当预先并没有在叠合楼板预埋压环时，又想避免因对叠合楼板进行钻孔开洞而造成的预制构件破损，唯一解决的途径就是将压环放置于叠合楼板上，预埋在现浇层中。根据JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安装技术规范》第6.10.8条：锚固位置设置在楼板上时，楼板的厚度不宜小于120 mm。如果楼板的厚度小于120 mm，应采取加固措施[4]。而叠合楼板现浇层通常只有70 mm，预埋件的锚固深度不符合施工规范要求。如何通过加固措施来解决这一问题，2种解决方案应运而生，并在我公司的项目中进行了初步尝试。

3.1 增设锚板方案

由于钢筋锚固长度不足，故增设锚板[2]。锚板与拉环尺寸如图5所示。

图5 锚板与拉环尺寸

工字钢后端支座处由2个拉环组成，前后间距200～300 mm。压环强度设计值由锚筋强度、受拉锥体强度和混凝土局部承压强度这三者中的最小值决定。

1）钢筋锚固强度设计值为Nul：

式中：fy——钢筋抗拉强度；

As——全部锚筋的截面面积。

若n＝4为锚筋个数，则：As＝n(πd2)/4＝4×200.96＝803.84 mm2。由此：Nul＝0.8×65×803.84＝41.8 kN。

2）受拉锥体强度为Nu2：

式中：ft——混凝土抗拉强度，此处考虑安全储备，按C20强度进行计算；

le——锥体的计算高度，le＝la－a；

la——实际锚固长度；

a——构件纵向钢筋中心线至截面近边的距离；

be——锚板宽度（取短边边长）；

A1——各锥体顶面处的投影面积之和；

A——各完整整体在锥体顶面处的投影面积之和，即A＝nπ(2le＋be)2/4。

为了方便计算并使计算结果偏安全，取两拉环间距为130 mm，相对应的简化计算模型如图6、图7所示。

图6 最不利工况简化计算模型剖面

图7 最不利工况简化计算模型平面

从图7中可以看出A1为扣除了锥体投影重叠部分面积（即图中阴影部分）后的锥体投影的等效面积。将图6、图7中相应数值代入式（2），可得Nu2＝0.6×4×1.1×(36＋65)×36×105 115.3/117 869.3＝26.87 kN。

3）混凝土局部承压强度为：

式中：nb——锚板个数，取值2；

fc——混凝土轴心抗压强度设计值；

Al——锚板承压面积。

从上述计算可见，应按照受拉锥体强度取锚固强度设计值，Nu0＝Nu2＝26.87 kN。

在后端支座有2个压环的情况下，若受拉反力小于Nu0，则满足要求。而根据经验，一般高层住宅5层悬挑脚手架后端支点处受拉反力在10～15 kN范围内，因此上述方案是可行的。

带锚板压环在工程中现场设置的情况如图8所示。

图8 带锚板压环现场实际设置

3.2 加厚压环区现浇混凝土板厚方案

注意到锚固长度不够的核心矛盾是由于现浇层混凝土厚度不够产生的，因此可以通过增加压环区域的混凝土厚度，待该处悬挑脚手架拆除后，再通过切割打磨机械，移除高出楼板部分的混凝土。

为了达到这一效果，现场可通过吊模的方法来实现，如图9所示。在垂直和水平于压环方向各延长150 mm作为楼板加厚区，加厚高度为50 mm；为了进一步保证锚固效果，可在垂直与压环方向放置短钢筋增强锚固效果，短钢筋长度≥300 mm；最后固定悬挑工字钢效果如图10所示，此处应注意确保加厚区的平整，同时保证悬挑工字钢前端搁置处与后端搁置处齐平，以免工字钢放置不平或有倾角；当前端搁置处不是采用加厚混凝土时，需在工字钢前端增加与后端搁置处等厚度的垫块，垫块的刚度也应有所保证，禁止使用木块[5-6]。

图9 现场实际吊模

图10 固定悬挑工字钢效果

这种方案的缺点也是显而易见的，增加工序后会带来更多施工问题，特别是最后切磨加厚区时会产生粉尘，污染施工环境，因此切磨时应跟进降尘等措施。

4 结语

对于在预制叠合楼板＋现浇楼板中使用的悬挑工字钢，建议采用压环预埋在叠合楼板中的方式，符合现行施工规范，安全可靠。采用分段式压环可以解决在叠合楼板中预埋压环产生的运输与堆放不便的问题。

对于2种在叠合楼板现浇层中通过锚固加固的方法预埋压环，我公司对其进行了初步应用，虽有理论依据，但尚需进行各类力学试验。待下一步获取各种工况下的大量测试数据证实其绝对可靠后，可向社会大范围推广。