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钢结构住宅常用楼承板体系及优缺点

发布时间:2020/07/29 点击量:
预钢结构住宅体系主要由结构体系、楼板体系、围护体系、设备装修体系组成。其中楼板体系在整个住宅体系中发挥着重要的作用。楼板需要传递地震作用下水平力和恒活荷载下的竖向力。作为高层建筑中的主要水平构件,楼板的整体性非常关键,保持楼板的面内刚性也是设计所需要的基本假定。
 
钢结构具有质轻高强施工速度快的特点,配合钢结构住宅快速施工的组合楼板体系势在必行。目前市场上钢结构住宅产品常用的楼承板有现浇板、压型钢板楼承板、钢筋桁架楼承板、装配式钢筋桁架楼承板、支撑架模板系统、叠合板、带肋叠合板等。现浇板主要是混凝土结构的常用楼板形式,需要现场支模板、绑钢筋、浇筑混凝土等多道工序,无法与钢结构的施工速度相匹配。本文主要从不同楼板体系的构成、特点及优缺点几方面,对目前常用楼承板进行论述,为项目中产品的选用提供参考。
 
一、压型钢板混凝土组合楼板
 
压型钢板混凝土组合楼板,是指用冷弯薄壁型钢制作的压型钢板作为模板铺设在钢梁上,然后在上面绑扎钢筋浇筑混凝土形成的组合楼板。
 
多高层钢结构在我国开始发展时,为缓解现浇混凝土楼板与钢结构的施工速度不匹配问题,能快速组装施工的楼承板被同步从国外引进。压型钢板组合楼板可节省支撑架,同时作为施工过程中的模板以及使用过程中的楼板钢筋,在我国钢结构建筑中的应用较早,现在在很多公共建筑中也有应用。
 
在压型钢板和钢梁翼缘板之间,焊钉与钢梁进行穿透焊接,然后绑钢筋、现浇混凝土。目前常用的压型钢板形式有开口型、缩口型和闭口型。压型钢板组合楼板是一种较成熟的技术,设计、施工也已基本成形,虽然与普通现浇混凝土楼板比,钢材材料造价偏高,但省去了搭设脚手架、支模费用,同时各层施工不受干扰且施工方便,加快了建设周期,增加了投资效益,因此是多高层钢结构建筑中常用的楼板形式。
 
1、压型钢板组合楼板的特点
 
根据设计意图的不同,压型钢板底分为组合板和非组合板,组合板指压型钢除作为浇筑混凝土的永久模板外还充当板底受拉钢筋。非组合板指压型钢仅作为浇筑混凝土的永久模板,不考虑参与结构受力。
 
压型钢板与混凝土之间的组合作用是通过二者接触面的连接处理形成的,利用该接触面的表面处理抵抗其与混凝土叠合面间的纵向剪力和垂直掀起力,保证压型钢板与混凝土板共同工作。
 
2、压型钢板组合楼板的优缺点
 
压型钢板在施工过程中作为混凝土板的永久性模板,省掉了安装与拆除模板的工序,加快了施工进度,缩短了施工工期。压型钢板-混凝土组合楼板自重轻,相应地也可减少结构梁柱和基础的截面尺寸等。压型钢板作为钢梁的连续支撑,可提高钢梁的整体稳定性和翼缘的局部稳定,并具有很好的抗震性能。另外,压型钢板肋间沟槽可以放置水电管线等,可有效利用空间,间接地增大了建筑净高。
 
压型钢板-混凝土组合楼板板底凹凸不平,往往需要做吊顶处理,增加了装修费用。由于压型钢板大多采用镀锌钢板,在应用中必须考虑镀锌钢板的锈蚀和防火问题,楼板板底需刷防火涂料,将增加工程造价。在住宅建筑中,压型钢板组合楼板由于板底不能抹灰,需要做吊顶,对楼层高度有一定的要求。
 
二、钢筋桁架楼承板
 
与压型钢板底面不平整,需要防火防腐,双向刚度不等不同,钢筋桁架楼承板可以较好的解决这些问题。钢筋桁架楼承板是一种工业化成品,在施工现场,将钢筋桁架楼承板支承在钢梁上,然后绑扎桁架连接钢筋、支座附加钢筋及分布钢筋,最后浇筑混凝土,便形成钢筋桁架混凝土楼板。
 
1、钢筋桁架楼承板的构造形式
 
钢筋桁架模板是将楼板中钢筋在工厂加工成钢筋桁架,并将钢筋桁架与底模连接成一体的组合模板。钢筋桁架由一根上弦钢筋、两根弯折的腹杆钢筋和两根下弦钢筋组成空间桁架,具有一定的抗弯承载能力。底模板是由镀锌钢板压肋制作,与钢筋桁架的腹杆弯脚点焊连接(图 1)。
 
钢筋桁架楼承板
图1 钢筋桁架楼承板
 
钢筋桁架的上下弦钢筋多采用成盘供应的热轧钢筋 HPB300, HRB400,腹杆钢筋采用成盘供应的HRB400 或性能等同 CRB550 级的冷轧钢筋;底板一般采用不低于 S250GD+Z 牌号的镀锌钢板,双面镀锌量不少于120g/m2。
 
2、钢筋桁架楼承板的特点
 
普通现浇钢筋混凝土楼板,施工阶段因下部支模故基本没有挠度,待混凝土达到一定强度后拆模,在自重作用下发生楼板下挠,板底混凝土产生拉力,甚至出现裂缝。而钢筋桁架楼承板设临时支撑时,与普通现浇混凝土楼板基本相同。不设临时支撑时,在混凝土结硬前,楼板强度和刚度即钢筋桁架的强度和刚度,钢筋桁架模板自重、混凝土重量及施工荷载全由钢筋桁架承受。混凝土结硬是在钢筋桁架模板变形下进行的,所以楼板自重不会使板底混凝土产生拉力,在除楼板自重以外的永久荷载及楼面可变荷载作用下,板底混凝土才产生拉力。楼板开裂延迟,楼板的刚度比普通现浇混凝土楼板大。在使用阶段,钢筋桁架与混凝土协同工作,承受使用荷载。此楼板与钢筋混凝土叠合式楼板具有相同的受力性能,虽然受拉钢筋应力超前,但其承载力与普通钢筋混凝土楼板相同。
 
2、钢筋桁架楼承板的优缺点
 
钢筋桁架楼承板力学模型简单、直观,生产机械化程度高。钢筋桁架楼承板减少现场钢筋绑扎工作量,上下两层钢筋间距及混凝土保护层厚度能得到保证,钢筋排列均匀,为提高楼板施工质量创造了条件。当浇筑混凝土形成楼板后,具有现浇板整体刚度大、抗震性能好的优点。作为底模的压型钢板厚度较薄,而且考虑经济性,钢板下部不做防火处理,所以计算楼板承载力时不应考虑钢板的作用。但在正常使用情况下,钢板的存在增加了楼板的刚度,改善了楼板下部混凝土的受力性能。在住宅建筑中,钢筋桁架楼承板底面的钢模板一般都会撕掉再进行抹灰。撕掉钢板再抹灰也增加了工序和造价,钢板一次使用也造成了资源的浪费。随着装配式装修对薄吊顶的要求,也有保留钢板直接吊顶的做法。
 
三、装配式钢筋桁架楼承板
 
为了克服钢筋桁架楼承板底模板一次使用成本高、底模撕掉后板底需要抹灰等缺点,一些企业研发了底模板可拆卸并重复利用的装配式钢筋桁架楼承板产品及应用技术。
 
1、钢模板装配式钢筋桁架楼承板
 
底板为钢模板的装配式钢筋桁架楼承板,在工厂中将楼板中的钢筋焊接成桁架形式,并将钢筋桁架和模板通过联接件进行连接,形成可拆卸、重复利用的组合模板。钢筋桁架在施工阶段承受施工荷载,使用阶段作为楼板中的钢筋;钢模板在施工阶段作为混凝土的模板,混凝土达到一定强度后,拆除并重复利用;将模板和钢筋桁架固定,承受施工阶段的荷载,可重复利用(图2)。
 
塑料模板装配式钢筋桁架楼承板板型
图2 塑料模板装配式钢筋桁架楼承板板型
 
底模板一般采用1 mm厚度的冷轧板、镀锌板等不同类别的薄钢板,屈服强度一般不低于260 N/mm2。联接件由扳手、销轴、弯钩、垫圈、密封垫组成,扳手、弯钩、垫圈采用镀锌钢板冲压而成,密封垫采用丁腈橡胶,销轴采用镀锌钢材标准件。
 
2、塑料或木胶模板装配式钢筋桁架楼承板
 
底模板采用塑料模板、木胶板或竹胶板的装配式钢筋桁架楼承板,钢筋桁架通过弹性压入连接件的方式与模板系统连接,连接件通过螺栓的方式与底模板进行连接。在混凝土强度达到 75% 以上时,可将底模板拆卸,连接件留置在混凝土楼板内,拆卸后底模板可实现重复利用。
 
底模板可以采用塑料模板、木胶板或竹胶板,由于模板较厚,局部刚度好,楼板最终成型的平整度要好于钢模板。
 
3、装配式钢筋桁架楼承板的优缺点
 
与钢筋桁架楼承板相比,装配式钢筋桁架楼承板的优点比较明显。钢筋桁架、模板、连接件等零部件在工厂由设备自动化生产,塑料及木胶板等的连接件为螺栓等标准件。钢筋桁架可以叠放、模板和连接件等零部件可以独立包装运输,相比较普通钢筋桁架楼承板节省了运输所需的空间,按体积计费变成了按重量计费,大幅度降低了产品的运输成本。
 
模板和钢筋桁架通过连接件现场组装成钢筋桁架楼承板,组装完成后铺设。混凝土成型后,连接件或螺栓和模板依次拆除,由于模板是镀锌平钢板或塑料模板木胶板等,表面涂刷有脱模剂,拆模后的混凝土表面平整光洁,后期装修的时候无需二次抹灰找平,可直接涂刷腻子。
 
拆除下来的连接件、螺栓以及模板等固件,进行简单维护后,可多次重复利用,材料利用率较高。产品通过应用发现,镀锌钢模板表面的水泥浆可较容易地清除,木模板或塑料模板也容易维护。
 
装配式钢筋桁架楼承板的设计,仍可以采用规范,因为改变的只是模板和钢筋桁架的连接形式,楼承板各阶段的受力形式并没有改变。
 
四、支撑架模板系统
 
与压型钢板组合楼板及钢筋桁架楼承板不同,支撑架模板系统采用现浇混凝土的思路,需要现场搭设支撑系统、铺设模板、绑扎钢筋并浇筑混凝土。与传统现浇混凝土的支撑系统有区别,支撑架与钢结构中的 H 型钢梁配合,免去了脚手架的搭设,无需支撑在下层楼板,可以多层同时施工。
 
1、支撑架模板系统的构造形式
 
支撑架模板系统由楼板模板、可调桁架和可调搁置支座组成。可调桁架上铺设有格栅,楼板模板铺设在格栅上,可调搁置支座设置在H型钢梁的下翼缘上,可调桁架为可伸缩式组合桁架,可调桁架与可调搁置支座的上端连接(图3)。
 
支撑架模板系统构造示意
图3 支撑架模板系统构造示意
 
可调搁置支座包括有顶板、底板和腹板,顶板和底板之间还设置有加劲板,可调桁架的端部与顶板连接,底板上安装有至少两根调节螺栓,搁置支座紧贴工字钢梁的腹板,调节螺栓支撑在工字钢梁的下翼缘上。楼板模板为铺设在格栅上的压型钢模板。桁架的端部上设置有托木,楼板模板的端部位于托木的顶部,楼板模板与所述托木之间设置有堵头(图 4)。
 
支撑架模板系统在钢结构项目中的应用
图4 支撑架模板系统在钢结构项目中的应用
 
2、支撑架模板系统的特点与优势
 
支撑架模板系统是一种装配化的楼板系统。从支撑架的构造可以看出,各部品构件都是标准化部件,现场装配化施工安装,并且可以重复利用。
 
支撑架的一个重要特点就是可调节性,桁架上螺栓孔间距约 5 cm,支撑可调长度为 2~5m,可以很方便的应用于不同梁间距的情况,可以涵盖大多数住宅中的开间尺寸。
 
支撑架模板系统结合了传统模板系统与钢结构的优势。配合钢结构可以多层施工的特点,同时原理和形式上与传统做法相同,工人操作相对熟练。
 
压型钢板的模板形式比较适用于公共建筑,在钢结构住宅中应用需要用到木胶板或竹胶板模板,需要对产品进行进一步改进。
 
支撑架模板系统与现有的采用普通的桁架支摸体系相比,通过高度可调的搁置支座和可伸缩的桁架具有跨度可调、高度可调、适用与不同梁高的优点,大大提高桁架的适用性,支模成本大幅降低。与单独采用柱体式可调支撑件相比,整个体系安装拆卸方便,适于各种层高,且上层施工荷载不会传递到下层,下层模板可提前拆除。采用可拆式压型钢模板,重复利用率高,在节约木材保护森林资源的同时,大幅降低模板费用。采用桁架式支模法与采用楼承板作为固定模板的钢结构楼面相比,梁间距可加大,从而减小了梁的用钢量。
 
五、钢筋桁架叠合楼板
 
与现浇混凝土楼板相比,叠合板是将楼板的下部分厚度的混凝土工厂预制,与现场上部现浇混凝土层结合成为整体,从而共同工作的一种结构形式。钢筋桁架叠合楼板是采用钢筋桁架制作,钢筋桁架的下弦钢筋即为叠合楼板底部受力钢筋,钢筋桁架上弦钢筋为现浇混凝土层钢筋,现场还会配置构造钢筋。叠合楼板整体性虽然不如全现浇混凝土楼板,但与全装配式的预制楼板,仍具有良好的整体工作性能。
 
1、叠合楼板的构造形式
 
叠合楼板分为预制板与现浇层两部分。预制板为预制厂生产,板中设钢筋桁架。考虑安装误差,一般两块预制板之间留有 5~10 mm 拼缝。现浇层中在垂直拼缝处要设置拼缝钢筋,板端与板侧设置搭接钢筋(图 5)。
 
钢筋桁架叠合楼板构造示意
图5 钢筋桁架叠合楼板构造示意
 
钢筋桁架叠合楼板在预制装配式混凝土结构应用较多。装配式混凝土结构的施工方法为逐层施工,上部开阔的空间,为叠合楼板的施工提供了很大的便利,方便楼板吊装水平移动调整就位。在钢结构住宅中,多层钢框架的存在给钢筋桁架叠合楼板的安装带来了不便(图 6)。
 
钢筋桁架叠合楼板在混凝土结构中的应用
图6 钢筋桁架叠合楼板在混凝土结构中的应用
 
2、叠合楼板的特点及优势
 
因其钢筋桁架机下部预制混凝土直接在工厂中制作完成,质量相对于现场现浇有保障,且预制板可做模板,从而减少支模,并缩短工期。
 
钢筋桁架叠合楼板的优势明显,楼板底面为混凝土平整面、抹灰方便;现场不用脚手架和支模板,简化施工工序。由于钢筋桁架腹杆钢筋的存在,叠合楼板预制层与现浇层之间的粘结及抗剪性能容易保证。同时叠合楼板在钢结构住宅中应用也存在预制层与钢梁连接困难,对钢梁翼缘宽度要求大,楼板整体性能有待提高、板间拼缝处理不当易开裂等问题。
 
六、预制带肋叠合楼板
 
与钢筋桁架叠合楼板不同,预制带肋底板叠合板采用另一种提高抗弯刚度的形式,采用混凝土肋而不是采用钢筋桁架,是一种新型的装配整体式楼板。
 
1、预制带肋叠合楼板的构造形式
 
在 5~8 cm 厚的混凝土预制板之上,设置矩形肋或者 T 形肋,在板肋预留孔洞,预制板中的钢筋可以是预应力钢筋,就形成了预制带肋叠合板的预制部分。现场铺装完成后,在预留孔洞中布设横向穿孔钢筋及在底板拼缝处布置抗裂钢筋 , 再浇筑混凝土叠合层形成预制带肋薄板混凝土叠合板。
 
2 、预制带肋叠合楼板的特点与优缺点
 
预制带肋叠合板是叠合板的一种,由预制部分和现浇部分组成。由于肋上有孔可穿钢筋,可以作为双向板使用,两个方向的整体性都较好。由于肋的存在,预制层和叠合层之间抗剪性能需求可以得到很好的解决。
 
预制带肋叠合板不仅具有装配式楼板节省模板和脚手架、施工简便、缩短工期、建筑垃圾排放少等优点,而且具有现浇楼板整体性和抗震性好等优点。与其他叠合板相同,预制带肋叠合板在预制混凝土结构中使用具有较好的相容性,在钢结构住宅中应用,仍需要解决吊装、与钢梁连接以及楼板整体性等问题。
 
结束语
 
前述几种楼承板体系中,现浇混凝土楼板在某些项目中偶有使用,是因为楼承板无法及时到位,或应用单位因造价选择现浇板。压型钢板组合楼板的底部不平整无法抹灰缺点限制了在住宅中的选择使用,住宅中全吊顶的方式目前还不多见。叠合楼板虽然具有众多优势,但引起构件重、钢结构施工对塔式起重机占用多,板底拼缝开裂,需要支撑等问题,在钢结构住宅中选用较少。
 
由于具有安装方便、双向整体性好、底面平整、可多层同时施工等优点,以及模板可拆卸及重复利用等,目前钢结构住宅中最常用的还是钢筋桁架楼承板和装配式钢筋桁架楼承板,其中以装配式钢筋桁架楼承板的性能最优。同时,装配式钢筋桁架楼承板也有进一步优化的空间,通过研究模板的重复利用性能等,进一步降低其应用造价。编辑概况:司纪伟(1965-),男,山东淄博人
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