一种钢筋桁架夹芯预制楼板的制作方法

本发明涉及一种建筑工程领域中的预制楼板构件，更具体讲是一种适用于多层或高层钢结构工程的钢筋桁架夹芯预制楼板，也可以作为内隔板、外墙板、板跨3.0米左右的短跨承载板或长跨非承载屋顶板使用的。

背景技术：

目前，建筑工程中的楼板大体分为两大类——预制楼板和现浇楼板。但传统的两种楼板都在使用过程中慢慢地暴露出各自的缺点和不足。

多年来预制楼板在技术上并未出现较大的改变和改进，基本上还是以带有空心孔洞的混凝土楼板为主。此种混凝土楼板存在的主要缺点是：板沉、笨重、抗震性差、不隔音、不保温、需要多次吊装和转运、人工安装困难（单块板一般都在350公斤以上，位置微调时不方便挪动），而且相邻楼板之间由于完全独立、缺少可靠的连接，装配后容易出现板缝，影响美观、整体性差。

对于现浇楼板来说，现场立模、现场浇注，虽然省去了多次吊装和转运的麻烦，但是需要在现场有限的场地内搭建大量的脚手架、方木和木模板，手工支模过程繁琐、劳动强度大、费时、费力，随着劳动力成本的大幅提高，这种方式越来越不经济，且浪费大量木材资源。

近几年来，钢结构框架式建筑越来越多，即首先将作为主支撑的钢柱、钢梁安装到位，后续安装的楼板、内墙板、外墙板与钢柱、钢梁再进行连接和固定。于是就出现了一种代替传统木模板的波纹钢板现浇楼板：即将波纹钢板放置于钢梁上，直接利用波纹钢板作为楼模板，同时又作为楼板的底部钢筋。虽然波纹钢板现浇楼板可以省去传统木模板以及拆模的麻烦，但是楼板底部外露的波纹钢板不美观、难上涂料；结构防火性能差，钢板一旦受热后楼板承载力就大大降低；另外，随着钢板锈蚀还存在钢筋减损的问题。因此，这种波纹钢板现浇楼板在使用上大大受限，目前只在小规模改造工程和装修工程中使用，未能大量推广到多层、高层钢结构工程中。

目前在多层、高层钢结构工程中，最广泛使用的现浇混凝土楼板立模板技术，是一种叫做“钢筋桁架楼承板”的技术，也是与发明最接近的现有技术。钢筋桁架楼承板的核心构件是三角钢筋桁架，即由一根上主筋、两根下主筋沿水平纵向延伸布置、所摆放成的横截面为三角形的构件。换句话说，就是三根主筋之间形成了一个水平底面和两个倾斜侧面，在两个倾斜侧面上设置有纵向连续弯成波浪线延伸的斜筋、并与上、下主筋焊接。而钢筋桁架楼承板就是将焊接好的三角钢筋桁架三个为一组，以均布的方式将三个三角钢筋桁架的水平底面固定焊接于一块薄镀锌钢板上，即构成一块60公分宽、长度可任意设定的钢模板，将钢筋桁架楼承板固定于钢梁上，然后直接浇筑混凝土料浆。与上述波纹钢板现浇楼板相比，钢筋桁架楼承板底部的薄镀锌钢板是平板，且只起临时支撑混凝土的作用，在楼板混凝土凝固后薄镀锌钢板就失去作用，因为楼板内的三角钢筋桁架正好构成了楼板要求的配筋，已能满足承载要求。因此，底部的薄镀锌钢板可以在楼板混凝土凝固后进行拆除。另外，三角钢筋桁架可以通过自动焊机连续焊接，加工精度高、效率高、经济性好。同时，钢筋桁架楼承板作为目前多层、高层钢结构工程中主流的立模方式，节省了大量的立模板和人工费用，也节省了大量的木材资源。不足之处在于：人工拆除薄镀锌钢板需要耗费一定的人力，而且拆下来的镀锌钢板多数严重变形，所以只能当废品回炉再处理，这也造成一个新的浪费。

单纯从结构重量来比较，不管是楼板或是墙板，在同幅面、等厚度的前提下大多是现浇板的重量大于预制板（例如最通用的办公楼、住宅现浇板厚度是10公分，自重每平方240公斤，而普通预制板一般在170-180公斤/平米），因此在减轻结构重量方面现浇板并无优势，而且目前现浇板的施工工艺中也并无减轻结构重量的可行方法。在目前国家大力推行节能、环保的装配式建筑的背景下，在建筑楼板这个领域，唯有改进预制楼板的工艺，减轻楼板的自重，改善楼板的装配性能才是技术创新的方向，这也是本发明的动因所在。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种钢筋桁架夹芯预制楼板。本发明具有自重轻、成本低、易定位、安装效率高、环保、节约成本、连接可靠、抗震性能强以及隔音、保温、整体美观等优点。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板是由自下而上叠置的下硬质材料层、水泥聚苯夹芯层和上硬质材料层构成的层状结构夹芯板；在所述下硬质材料层和上硬质材料层内均平铺有钢丝网片（目的是防裂以及加强表层刚度），在所述水泥聚苯夹芯层里包裹有若干组沿纵长方向延伸的三角钢筋桁架，在水泥聚苯夹芯层左、右两侧面上设置有纵向延伸、且相互匹配的凸榫、凹槽（在现场装配时可实现相邻两块夹芯板的快速定位和快速拼接，而且在拼接缝处采用水泥基粘接材料处理后密封效果好）；所述三角钢筋桁架是由一根上主筋与两根下主筋布置在三角形顶点位置、并通过呈波浪线纵向延伸的两组斜筋连接上、下主筋形成的桁架单元；其中，下主筋贴放在下硬质材料层上表面，上主筋内嵌在水泥聚苯夹芯层与上硬质材料层之间的结合缝处。

本发明中所述上主筋被上硬质材料层包裹的面积大于被水泥聚苯夹芯层包裹的面积（便于联合承受压力）。

本发明中所述上硬质材料层的厚度大于下硬质材料层的厚度，所述水泥聚苯夹芯层的厚度大于上硬质材料层的厚度。

本发明中所述钢丝网片的宽度与上、下硬质材料层的宽度均相等。

本发明中所述三角钢筋桁架的数量为三组。

本发明中所述凸榫和凹槽的数量均为一个。

本发明中所述凸榫和凹槽的截面形状为梯形（具有拔模斜度，相邻两块夹芯板组装时凸榫和凹槽容易组配，便于快速定位）。

本发明中所述凸榫和凹槽的截面形状为半圆弧状（相邻两块夹芯板组装时凸榫和凹槽容易组配，便于快速定位，对应的弧状模具容易加工）。

本发明的设计原理如下：

从上述结构可以看出，位于中间层的水泥聚苯夹芯层在夹芯板的结构厚度上占主体(下硬质材料层的厚度为5mm～10mm，上硬质材料层的厚度为10mm～20mm，中间层的水泥聚苯夹芯层的厚度80mm～150mm)，即占夹芯板板体积的比例较大，而中间层是由比重小的聚苯颗粒与水泥料浆混合后形成的混合料浆浇注成型而来(混合料浆的密度约为每立方米250公斤)，与传统单纯混凝土结构的钢筋桁架楼承板相比，楼板的自重大大减轻。同时，聚苯颗粒取自废弃的聚苯板，废物二次利用，节约成本、保护环境；而且聚苯颗粒具有良好的保温效果和隔音效果。在本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板的两侧开设有沿纵向延伸、且形状和尺寸相匹配凸榫和凹槽，这样在现场装配时相邻两块夹芯板之间可实现快速定位和快速拼接，安装效率高。同时，由于夹芯预制楼板的上、下层硬质材料层中铺设有可以防裂和加强表面刚度的钢丝网片，再加上在相邻楼板快速定位后可以对拼接缝处采用水泥基粘接材料进行密封处理，以及上下硬质材料层的外表面容易刷抹涂料进行后期装饰，因此本发明不仅解决了传统的板缝问题，而且楼板的整体板面美观。本发明是以多组三角钢筋桁架作为承载主体的轻质楼板，在楼板放置在钢梁基体后，可以很容易敲出贴放在楼板下硬质材料层上表面的下主筋，并将钢筋点焊在钢梁基体上进行定位和固定，解决了传统楼板在钢梁上无法定位的难题，连接可靠、承载能力强、抗震性能大大提高。

本发明的有益效果如下：

本发明具有自重轻、成本低、易定位、安装效率高、环保、节约成本、连接可靠、抗震性能强以及隔音、保温、整体美观等优点。

更具体讲，目前的现浇楼板重量普遍大于240公斤/平米，预制楼板重量一般都大于170公斤/平米，而本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板的重量做到70公斤-100公斤/平米，考虑到多层钢结构中的钢结构柱、梁主体框架的重量一般在每平方米建筑面积100公斤以内，楼板重量每平方米减轻140公斤以上意味着建筑总体重量大大减轻，建筑成本也相应大幅减少。相比于通常的预制板，由于重量不到普通混凝土预制板的一半，很适合建筑工地多次拆卸、安装使用；同时在灾后重建中，适合大批量运输，快速新建住宅。

附图说明

图1是本发明结构一的横剖视图。

图2是本发明的纵剖视图。

图3是本发明中三角钢筋桁架的横剖主视图。

图4是图3的左视图。

图5是本发明结构二的横剖视图。

图中序号：1、下硬质材料层，2、水泥聚苯夹心层，3、上硬质材料层，4、钢丝网片，5、三角钢筋桁架，6、凹槽，7、凸榫，8、上主筋，9、下主筋，10、斜筋。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

实施例一

如图1～图4所示，本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板是由自下而上叠置的下硬质材料层1、水泥聚苯夹芯层2和上硬质材料层3构成的层状结构夹芯板；在所述下硬质材料层1和上硬质材料层3内均平铺有钢丝网片4（目的是防裂以及加强表层刚度），在所述水泥聚苯夹芯层2里包裹有若干组沿纵长方向延伸的三角钢筋桁架5，在水泥聚苯夹芯层2左、右两侧面上设置有纵向延伸、且相互匹配的凸榫7、凹槽6（在现场装配时可实现相邻两块夹芯板的快速定位和快速拼接，而且在拼接缝处采用水泥基粘接材料处理后密封效果好）；所述三角钢筋桁架5是由一根上主筋8与两根下主筋9布置在三角形顶点位置、并通过呈波浪线纵向延伸的两组斜筋10连接上、下主筋8、9形成的桁架单元；其中，下主筋9贴放在下硬质材料层1上表面，上主筋8内嵌在水泥聚苯夹芯层2与上硬质材料层3之间的结合缝处。

本发明中所述上主筋8被上硬质材料层3包裹的面积大于被水泥聚苯夹芯层2包裹的面积（便于联合承受压力）。

本发明中所述上硬质材料层3的厚度大于下硬质材料层1的厚度，所述水泥聚苯夹芯层2的厚度大于上硬质材料层3的厚度。

本发明中所述钢丝网片4的宽度与上、下硬质材料层3、1的宽度均相等。

本发明中所述三角钢筋桁架5的数量为三组。

本发明中所述凸榫7和凹槽6的数量均为一个。

本发明中所述凸榫7和凹槽6的截面形状为梯形（具有拔模斜度，相邻两块夹芯板组装时凸榫7和凹槽6容易组配，便于快速定位）。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处仅仅在于：所述凸榫7和凹槽6的截面形状为半圆弧状（相邻两块夹芯板组装时凸榫7和凹槽6容易组配，便于快速定位，对应的弧状模具容易加工）。

本发明的具体使用过程为：

本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板可以作为室内楼板，也可以作为内隔板、外墙板。使用过程中的操作非常简单，以楼板为例：首先，将若干块本发明的夹芯板运送、并放置到对应需要安装的位置，使前后每相邻两块夹芯板的凸榫7、凹槽6相互卡钳、进行拼接；然后，在楼板定位后，在需要与钢梁基体连接的位置敲出下硬质材料层1中钢丝网片4以及下主筋9，与钢梁基体点焊在一起，于是夹芯板就与钢梁基体非常结实地固定为一个整体，这样就轻松解决了普通预制板无法在钢梁基体定位的难题，而且大大增强了夹芯板在使用过程中的抗震性能；定位固定之后，在相邻夹芯板的拼接缝处灌注水泥基粘接材料，完成拼缝的密封和粘接，便于在后期装修过程中对楼板下表面涂刷涂料、对上表面铺设地板等。

另外通过实验验证，本发明还可以作为板跨3.0米左右的的短跨承载板或长跨非承载屋顶板使用：在钢结构工程中，通过设置钢次梁很容易满足楼板的跨度要求。以宽60cm、长360cm、高10cm的钢筋桁架夹芯预制楼板为例，在水泥聚苯夹芯层2中布置有三组三角钢筋桁架5，三角钢筋桁架5的高度为8.5cm，上主筋8的直径为ф10mm，下主筋9的直径为ф8mm，上、下主筋8、9均为ⅲ级钢筋，下硬质材料层1的厚度为5mm，上硬质材料层3的厚度为15mm，实测板重175公斤，即每平米约重80公斤。在该钢筋桁架夹芯预制楼板上先加了700公斤均布荷载，实测挠度小于2cm，此时每平米均布荷载325公斤，而一般楼板设计荷载值为200公斤/平米。从简单的荷载试验看来，钢筋桁架夹芯预制楼板的承载能力完全满足要求，且在达到每平米恒载325公斤时，板仍未有任何破坏的迹象，且板有很好的弹性。与普通预制板相比略有差异的是，变形量（即板中部挠度）稍大，在700公斤总荷载时挠度接近2cm，这主要是由于钢筋桁架夹芯预制楼板的主体是钢筋桁架加轻质夹芯层，所以受力时变形量较大。如果同样的板，跨度改为2.4米，则在同样的均布荷载下，根据板的弹性理论，挠度将变为3.6米跨度时的五分之一，即挠度将减为小于4mm，即小于板长千分之二的变形量，这就完全满足板的承载力和挠度要求。因此，对本实验板来说，作为2.4米跨的承载板已足够，如果要增大跨度，侧可以通过加大钢筋直径，适当增加板厚来实现。总体来说，本发明比较适合于作为3.0米左右的短跨承载板或6.0米以内的长跨非承载屋顶板使用。

本发明的钢筋桁架夹芯预制楼板利用水平放置的模板在工厂内进行浇筑成型，具体制作过程如下：

（1）组拼钢模板：由底膜、侧模和端模组拼钢模板，形成横截面如图1所示的浇注成型内腔。其中，底模必须水平放置，以保证各层材料厚度均匀；在侧模成型面板压制有用于夹芯楼板的凸榫7、凹槽6成型的凹状弧面、凸状弧面。

(2)组焊三角钢筋桁架：三角钢筋桁架5的结构详见图3、图4，采用自动焊机将斜筋10与上主筋8、下主筋9连续焊接而形成三角钢筋桁架。

（3）布筋：钢模板组拼完毕后，首先在成型腔的底部铺设钢丝网片4，然后在钢丝网片4上摆放三角钢筋桁架5，三角钢筋桁架5应在两端固定，以保证浇筑时不移动位置。一般夹芯楼板的宽度为60cm，摆放三组高8.5cm～15cm钢筋桁架即可。

（4）浇筑下硬质材料层：采用水泥基灌浆材料浇筑下硬质材料层1，一般底层浇筑厚度5mm至10mm，起钢筋保护层作用，同时便于后期涂刷涂料。

（5）浇筑水泥聚苯夹芯层：待下硬质材料层1初凝后，在下硬质材料层1的上方空腔中浇注由比重小的聚苯颗粒与水泥料浆混合后形成的混合料浆，浇筑高度为料浆基本淹没三角钢筋桁架5，三角钢筋桁架5中上主筋8顶部露出部分略大于的上主筋8的半径，形成水泥聚苯夹芯层2。

（6）浇筑上硬质材料层：待水泥聚苯夹芯层2初凝后，在水泥聚苯夹芯层2的上表面铺设钢丝网片4，然后浇注水泥基灌浆材料，浇筑料浆的上表面与钢模板的侧模、端模顶面平齐，凝固后上硬质材料层3的厚度一般定为10mm～20mm。其中，上主筋8同时被上硬质材料层3和下硬质材料层1包裹，便于联合承受压力。

（7）养护、库存、使用：常温下养护三天即可库存堆放，十五日就可投入使用。