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钢筋桁架楼承板的应用及设计计算

发布时间:2020/04/23 点击量:
当前,我国正在不断推进装配式建筑,因此采用钢结构有时已成为结构工程师的首选。传统的钢结构建筑中,楼板形式通常会采用压型钢板组合楼板,而如今随着建筑机械化施工程度的不断提升,钢筋桁架楼承板凭借其独特的优势而受到越来越广泛的关注和应用。本文通过某项目实例,先容了钢筋桁架楼承板的技术特点和优势,与传统楼盖形式进行经济性比较,最后对钢筋桁架楼承板的设计计算给出了方法和结论。
 
一、项目背景
 
本工程位于山东省聊城市,基本柱网8.4m×8.4m,地上共3层,建筑面积约28000m2,建筑高度16.95m。根据建设项目规划文件及相关规定,要求该项目需采用装配式建筑,并且装配率需大于50%。根据项目特点、建设单位需求以及当地建筑市场实际情况,结构形式采用钢框架结构。
 
二、楼盖形式方案的比较
 
在传统的钢结构建筑中,结构工程师通常采用压型钢板组合楼板作为楼板形式。压型钢板组合楼板在国内较早使用,通过底板特殊齿槽提高了钢板与混凝土的粘结力,它可代替部分板底受力钢筋,可以在一定程度上节省施工周期及劳动力。但同时也存在着许多缺点,通过以往工程经验总结,主要有以下几点:
 
1)板底呈波浪形,容易造成楼板开裂,而且压型钢板双向刚度也不同,建筑外轮廓有外悬挑板时,设计也比较困难。
 
2)当板底受力钢筋被压型钢板代替时,钢板将处于迎火面,当火灾发生时,很容易形成高温,并且使得钢板强度急速减弱,甚至令钢板与混凝土发生剥离,导致无法再协同工作,这样钢板无法继续代替受力钢筋,安全隐患极大。
 
3)压型钢板组合楼板能通过增加整体钢板的截面厚度,才能满足较大跨度的楼板施工阶段时的受力,因为压型钢板组合楼板设计为单向板,因而造成材料浪费。
 
基于展示馆层高较高、跨度大的特点,本工程楼板设计采用钢筋桁架楼承板。钢筋桁架楼承板由钢筋、桁架、楼承板组成,完全在工厂加工完成。
 
不设支座负筋的钢筋桁架楼承板为单向简支板,设计时可根据需要,通过加设支座负筋,将楼盖设计为单向连续板;加设垂直于桁架筋方向的钢筋,则可将楼盖设计为双向板。
 
钢筋桁架楼承板的技术特点主要体现在以下几个方面:
 
1)钢筋桁架楼承板在跨度合适的情况下,可作为免模免支撑楼盖,可以较大幅度降低施工措施费用,并且还可以加快施工进度;
 
2)采用钢筋桁架楼承板,由于板底钢筋已于工厂加工完成,可以较大减少现场钢筋绑扎量,以缩减人工成本,并且提高施工速度;
 
3)钢筋桁架楼承板在工厂加工完成,与PC叠合板类似,其钢筋的排布、间距、保护层等易控制,质量较好。
 
三、楼盖形式的经济性比较
 
钢筋桁架楼承板拥有上文所述的优点,基于这些特点,本工程楼板设计采用了钢筋桁架楼承板。设计前进行了经济型对比,对比工作主要计算了钢筋桁架楼承板与传统现浇钢筋混凝土板、压型钢板组合楼板之间的对比,如表1所示。
 
楼板方案经济性对比
表1 楼板方案经济性对比
 
经过对比分析可以看出,传统现浇钢筋混凝土楼板方案现场钢筋绑扎量最大。钢筋桁架楼承板的绑扎量远小于其他两种方案。
 
从时间成本及施工效率的角度分析,楼承板的优势不言而喻;虽然钢筋桁架楼承板的钢筋用量略高,但从工期及现场施工作业量的角度看,楼承板的性价比较高,优势明显,同时也更能满足建设单位对该项目的工期要求。由此可见,钢筋桁架楼承板适用于限额设计要求不高,且工期进度紧、装配率要求高的项目。
 
四、钢筋桁架楼承板的设计计算
 
与其他类型的组合楼板相同,钢筋桁架混凝土楼板需进行施工和使用两个阶段的计算。
 
1、施工阶段钢筋桁架模板设计
 
影响施工阶段设计的因素主要包括楼板的跨度、厚度、支座的边界条件以及活荷载等等。
 
在文献中,计算了在浇筑混凝土湿重以及施工活荷载下,钢筋桁架高度为90mm及130mm的钢筋桁架模板体系的跨中挠度,得出结论如表2,3所示。根据组合楼板规范(楼承板施工阶段挠度限值为l/180),从计算结果可以看出,钢筋桁架高度分别为90mm及130mm的钢筋桁架模板体系最大无支撑长度分别2.6m和3.4m,超过该长度后,钢筋桁架模板体系则需要增设一定数量的临时支撑。
 
90mm高钢筋桁架模板体系跨中挠度
表2 90mm 高钢筋桁架模板体系跨中挠度

130mm高钢筋桁架模板体系跨中挠度
表3 130mm 高钢筋桁架模板体系跨中挠度
 
建筑工业行业标准《钢筋桁架楼承板》JG/T368-2012[1]给出了在楼板自重荷载和施工活荷载(标准值不大于1.5kN/m2)作用下,楼承板常用型号的允许跨度。查表时,根据本工程的典型楼板厚度、跨度以及活荷载情况即可查的相应型号。建议单体工程的楼板厚度取一致,通过配筋来控制楼盖的承载能力。综上,本工程楼板选型为HB1-90,桁架高度90mm,楼板厚度120mm。
 
2、使用阶段钢筋桁架楼承板设计
 
单向连续板的支座负筋、简支或连续双向板垂直于钢筋桁架方向的板底钢筋及支座负筋均应按计算确定,具体原则见表4。
 
钢筋桁架楼承板钢筋布置原则
表4 钢筋桁架楼承板钢筋布置原则
 
虽然楼板可设计为单向板或双向板。但若设计为双向板,则施工时需要在板底垂直于桁架筋方向插入一根钢筋,施工操作不便,因此尽量将楼板设计成单向楼板。楼板受力较大时,可通过增设次梁等方式,减小楼板跨度,从而达到设计目的。
 
在设计中,先通过计算App按照常规的单向板或双向板进行楼板分析计算。需要注意的是,楼板设计时,附加钢筋的面积与钢筋桁架是否在支座处连续有关。当钢筋桁架连续时,支座附加钢筋的面积为计算面积减去钢筋桁架上弦钢筋截面面积。而当钢筋桁架不连续时,由于桁架在支座处断开,则不能考虑楼板桁架筋的作用,须将计算面积全部作为附加钢筋,这种情况下,可能导致楼板上部钢筋过密,影响楼板浇筑,这在设计时需要引起注意。
 
结语
 
钢筋桁架楼承板的受力模式有其自己的特点,与压型钢板组合楼盖不同,不完全依靠钢板提供强度和刚度。在施工阶段,其强度和刚度由钢筋桁架提供;在使用阶段,受力计算模式类似于普通混凝土楼板,并且钢板和钢筋桁架的存在又可增加楼板刚度,更好发挥楼板的受力性能。
 
本工程方案经过多次讨论,最终采用了钢筋桁架楼承板,在保证工程质量的前提下,为建设方缩短了工期,也得到了建设单位的肯定。钢筋桁架楼承板作为一种先进的楼板施工技术,受力合理、安装方便、施工周期短、其设计计算类同于普通钢筋混凝土楼板,在如今国家推广装配式建筑如火如荼的大环境中,在项目条件允许的前提下,值得借鉴和推广。
 
编辑概况:俞啸威(1986-),男,上海人,华东建筑设计研究院有限企业规划建筑设计院工程师,从事工作:建筑结构设计。
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