閱讀 4400 次 鋼結(jié)構(gòu)樓蓋選型淺析

鋼結(jié)構(gòu)樓蓋選型淺析

韓朝輝 苗長(zhǎng)春 張征

（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院 710082  西安）

一、背景

    鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)發(fā)展勢(shì)頭迅猛所占比重逐年加大，樓蓋的選擇對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性影響甚大，其不僅傳遞荷載，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空間整體性，而且還涉及到建筑的使用功能、造價(jià)以及施工速度。因此，鋼結(jié)構(gòu)樓蓋選型時(shí)需考慮的因素就顯得尤為重要，本文試圖從以下幾個(gè)方面闡述：

    （一）要有利于快速施工

    鋼結(jié)構(gòu)的制作、安裝的工業(yè)化程度較高，一般均在工廠下料、加工完畢后，到現(xiàn)場(chǎng)拼裝。所以在設(shè)計(jì)樓蓋時(shí)要盡可不采取傳統(tǒng)支模拆模的施工方式，以免拖慢鋼結(jié)構(gòu)主體施工速度。

    （二）要有利于增加樓層凈高度
    以往的梁板結(jié)構(gòu)形式中，梁高擠壓了較多的建筑層高，而組合樓蓋形式，可減小構(gòu)件截面尺寸，增加使用空間并可減輕結(jié)構(gòu)自重有利于抗震。
    （三）要有利于敷設(shè)管線設(shè)施
    樓蓋的設(shè)計(jì)不僅要考慮結(jié)構(gòu)的安全性，還應(yīng)考慮適用性、經(jīng)濟(jì)性；將建筑中管線的鋪設(shè)同樓蓋的形式高度統(tǒng)一，既降低成本，也美化空間。
    （四）要有利于平面整體剛度
    多、高層建筑功能日趨豐富、體系更加多樣復(fù)雜，建筑承受的橫向作用逐漸成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素，要求樓面必須有足夠的剛度，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和協(xié)同受力，有助于防止結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形和整體二階效應(yīng)的影響。

    由此可知，樓蓋選擇不僅要考慮結(jié)構(gòu)的安全要求，還要兼顧建筑功能的實(shí)現(xiàn)、公共設(shè)施的鋪設(shè)及施工的進(jìn)度要求。

    目前鋼結(jié)構(gòu)中常用的樓蓋，主要有以下幾種形式：

    （1）壓型鋼板混凝土樓蓋
　　（2）現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋
　　（3）SP預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋
　　（4）混凝土疊合板樓蓋

    （5）鋼筋桁架模板（簡(jiǎn)稱DT板）
    本文將對(duì)這五種常用樓蓋做簡(jiǎn)要的對(duì)比和分析，并在一個(gè)工程實(shí)例中對(duì)它們的經(jīng)濟(jì)性做一比較。
二、鋼結(jié)構(gòu)中常用樓蓋的類型和特點(diǎn)
    （一）壓型鋼板混凝土樓蓋

    一般情況下，壓型鋼板混凝土組合樓板是將壓型鋼板直接鋪設(shè)在鋼梁上，用焊釘進(jìn)行穿透焊接將壓型鋼板和鋼梁翼焊在一起，壓型鋼板既可作為澆筑混凝土?xí)r的永久性模板（不拆除），也可作為板的下部受拉鋼筋與混凝土共同工作。　故組合樓蓋又分為兩種形式，一種為非組合樓板，另一種是組合樓板。在施工階段兩者作用相同，僅作為澆筑混凝土的模板，其下不設(shè)或少量設(shè)置臨時(shí)支撐。在使用階段兩者有所區(qū)別，非組合樓板中梁上混凝土不參與鋼梁的受力，按一般混凝土樓板計(jì)算承載力，而組合樓板中考慮混凝土樓板與鋼梁共同工作，同時(shí)鋼梁的剛度也有所提高，為保證壓型鋼板和混凝土接觸面間不發(fā)生相對(duì)滑移，須在壓型鋼板上增加縱向波槽、壓痕或設(shè)置橫向抗剪鋼筋等。

　　壓型鋼板混凝土樓蓋的優(yōu)點(diǎn)：
　　（1）施工時(shí)可增強(qiáng)鋼梁側(cè)向穩(wěn)定性，在組合樓板中壓型鋼板作受拉鋼筋使用，附加的受拉鋼筋配筋量較小。
    （2）可實(shí)現(xiàn)多層同時(shí)施工作業(yè)，加快施工進(jìn)度。
　　（3）壓型鋼板便于運(yùn)輸、堆放，安裝方便，不需拆卸，火災(zāi)危險(xiǎn)性小。
    （4）壓型鋼板的凹槽內(nèi)可鋪設(shè)通訊、電力、通風(fēng)、采暖等管線，節(jié)約空間，便于吊頂或不吊頂

    同時(shí)，壓型鋼板組合樓蓋也有一些不利的因素：
　　（1）用壓型鋼板后，增加了材料的費(fèi)用，尤其是鍍鋅壓型鋼板，本身造價(jià)較高，需要進(jìn)行防火處理（非組合型不必處理）。
　　（2）樓板中增加了壓型鋼板后，鋼板的波形高度使得樓層凈高有所降低。
　　（3）壓型鋼板的制作、板厚、波形及防腐等參數(shù)各個(gè)制造商間差異較大，不便于設(shè)計(jì)選型。
　　（二）現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋
　　現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的一種樓板。它的一些主要優(yōu)勢(shì)是：

    （1）不受房間形狀的限制，便于設(shè)備和管道的垂直鋪設(shè)。

    （2）和鋼梁共同工作，形成組合梁，減小梁截面的高度。
　　（3）施工工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，適用范圍廣。

    （4）取消了壓型鋼板，減小了用鋼量。
　　（5）平面整體剛度大，抗震性能好。
　　但在多、高層鋼結(jié)構(gòu)的樓板設(shè)計(jì)中并不常用，主要是由于以下幾點(diǎn)不利因素：

    （1）樓板混凝土的硬化時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工期的影響大。
　　（2）模板支撐系統(tǒng)，阻礙下部交通，支模、拆模比較繁瑣。
　　（3）混凝土澆筑完成后，不能為后續(xù)工作提供施工條件。

    （4）現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，對(duì)環(huán)境影響較大。
　　（三）SP預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋
　　SP板是大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，由美國(guó)SPANCERETE公司引進(jìn)；該板既可用作樓板，又可用作墻板，能較好地滿足房屋的建筑和結(jié)構(gòu)的要求。
　　SP板做為樓蓋有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

    （1）抗震性能強(qiáng)；在條件相同的情況下，SP板建筑物的延性較好，抗震性能接近于鋼筋混凝土剪力墻。

    （2）跨度大、承載力高。SP板通過板和板之間的共同作用可以承受較大的集中荷載。

    （3）外觀尺寸準(zhǔn)確，平整度好。由于該板材為機(jī)械成形，表面平整，外形美觀。其表面平整度誤差能控制在2毫米以內(nèi)，長(zhǎng)寬誤差也都均能控制3毫米以內(nèi)。

    （4）任意切割，不受建筑模數(shù)限制。建筑上布局靈活，造型美觀，設(shè)計(jì)多樣化。

    （5）用鋼量低。該板采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線，無分布筋和其它構(gòu)造筋，其用鋼量少。

    （6）施工安裝快捷，縮短施工期。
　　SP預(yù)應(yīng)力空心板樓蓋也有一些不足之處：
　　（1）現(xiàn)澆混凝土樓板相比，平面內(nèi)的整體剛度較差，SP板之間是用細(xì)石混凝土或砂漿灌板縫的方式來連為一體的，質(zhì)量不易保證。
    （2）SP空心板在使用過程中板與板間，易出現(xiàn)縱向裂縫，影響美觀。

    （3）跨度大，運(yùn)輸和吊裝的難度也較普通的預(yù)應(yīng)力圓孔板大，容易造成SP板意外的損壞。

    （四）混凝土疊合板樓蓋
　　混凝土疊合板是將預(yù)制鋼筋混凝土板，支撐在工廠制作的焊有栓釘剪力連接件的鋼梁上。在鋪設(shè)完現(xiàn)澆層中的鋼筋后澆灌混凝土，當(dāng)現(xiàn)澆混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，栓釘連接件使槽口混凝土、現(xiàn)澆層及預(yù)制板與鋼梁連成整體共同工作，形成鋼－混凝土疊合板組合梁，預(yù)制板和現(xiàn)澆層相結(jié)合形成疊合板。預(yù)制板按照設(shè)計(jì)荷載配置了承受承受正彎距的受力鋼筋，并伸出板端，現(xiàn)澆層中在垂直于梁軸線方向配置了負(fù)彎距鋼筋。負(fù)鋼筋和伸出板端的鋼筋（也稱胡子筋）還同時(shí)兼作組合梁的橫向鋼筋抵抗縱向剪力。預(yù)制板既作為底模承受現(xiàn)澆混凝土自重和施工荷載，又作為樓面板的一部分承受豎向荷載，同時(shí)還作為組合梁翼緣的一部分參與組合梁的受力。
　　它的主要優(yōu)點(diǎn)是：

    （1）具有輕型大跨，預(yù)制裝配，快速施工等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代結(jié)構(gòu)要求。

　  （2）用預(yù)制板代替了模板免去了支模的工序，不中斷下部交通，便于立體交叉施工，使施工速度加快。

    （3）疊合板和鋼梁組合，可以提高了鋼梁的抗彎剛度，減少截面高度，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

    它的主要缺點(diǎn)是施工工藝較繁瑣，現(xiàn)澆層與預(yù)制板見的粘結(jié)質(zhì)量不易保證。

    （五）鋼筋桁架模板樓蓋(DT板)

    鋼筋桁架模板是將樓板中鋼筋在工廠加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與底模連接成一體的組合模板。施工階段，能承受混凝土自重及施工荷載；使用階段，鋼筋桁架與混凝土協(xié)同工作，承受使用荷載。

    主要優(yōu)點(diǎn)是：

    力學(xué)模型簡(jiǎn)單、生產(chǎn)機(jī)械化程度高；

    減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎工作量70%左右；

    上下層鋼筋間距及混凝土保護(hù)層厚度能得到保證，鋼筋排列均勻；

    澆筑混凝土形成樓板后，板整體剛度大、抗震性能好；

    它的主要缺點(diǎn)是板的配筋稍有所上升，現(xiàn)階段施工可能會(huì)用到一些專用工具，對(duì)施工人員要進(jìn)行一定的培訓(xùn)方可熟練。

三、鋼結(jié)構(gòu)中常用樓蓋的經(jīng)濟(jì)性比較
　　下面結(jié)合某工程的設(shè)計(jì)，對(duì)不同形式樓蓋的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較。
　　（一）設(shè)計(jì)的基本條件
　　某工程位于8度抗震區(qū)，二類場(chǎng)地，框架的抗震等級(jí)為三級(jí)，為五層鋼框架結(jié)構(gòu)主梁采用焊接H形截面；柱采用焊接箱型截面。框架的橫向和縱向梁柱按剛性連接設(shè)計(jì)，次梁為H形截面單跨簡(jiǎn)支梁。橫向柱距為12×7500mm.縱向柱距為6×6500mm.一層層高為4.5m，其余層高為3.6m.結(jié)構(gòu)的樓面恒荷載為2.0kN/㎡，活荷載為3.5kN/㎡，屋面為上人屋面，恒荷載為4.5 kN/㎡，活荷載為2.0 kN/㎡。　　

    （二）設(shè)計(jì)結(jié)果
　　在方案階段，對(duì)五種不同的樓蓋型式進(jìn)行比較，找出綜合性能較好的設(shè)計(jì)方案。為了便于定量的比較不同樓蓋的用鋼量，做了以下兩個(gè)規(guī)定：1）在用鋼量統(tǒng)計(jì)中只考慮鋼柱、鋼梁的重量；2）鋼梁的應(yīng)力比控制在0.9左右，撓度按L/400控制，鋼柱的應(yīng)力比控制在0.8左右，并滿足整體、局部穩(wěn)定性的要求。

用鋼量由大到小依次是：混凝土疊合板樓蓋、現(xiàn)澆混凝土樓蓋、壓型鋼板樓蓋、DT板、SP空心板樓蓋；
四、結(jié)束語
　　通過本工程實(shí)例對(duì)多層輕鋼體系中采用的組合樓蓋的對(duì)比和分析，我們可以得出以下一些結(jié)論：
　　（1）壓型鋼板非組合樓蓋與組合樓蓋雖然在平米造價(jià)上相同，但它沒有考慮和鋼梁的組合效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)中梁的用鋼量較大，增加了造價(jià)，在工程應(yīng)用中并不多見。
　　（2）壓型鋼板組合樓蓋它考慮混凝土和鋼梁的組合效應(yīng)，可顯著提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使梁的撓度減少了約30%，用鋼量減少了約15％，綜合效益好，在工程應(yīng)用中較為廣泛。
　　（3） 現(xiàn)澆混凝土樓蓋用鋼量與壓型鋼板樓蓋相當(dāng)，但它的造價(jià)卻約占?jí)盒弯摪鍢巧w造價(jià)的58％，且施工工藝簡(jiǎn)單，適用于樓蓋開洞較多，施工工期較長(zhǎng)的工程。
　　（4） SP空心板樓蓋它的跨度較大，可以省去次梁，是最省鋼的；和壓型鋼板樓蓋相比，用鋼量減少約20％，造價(jià)節(jié)約15％，不需支模，施工速度快，在多層輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)（包括輕鋼住宅）中將有廣闊的應(yīng)用前景。
　　（5） 混凝土疊合板樓蓋既有現(xiàn)澆混凝土的優(yōu)勢(shì)，又有預(yù)制板快速裝配的特點(diǎn)，用鋼量與現(xiàn)澆板相同，造價(jià)是壓型鋼板樓蓋的72%，但存在濕法作業(yè)且樓板整體性有待提高。

    （6）DT板樓蓋用鋼量比壓型鋼板樓蓋少，且板整體性剛度大并顯著提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，使得次梁的間距加大數(shù)量減少。梁的撓度減少了約30%，用鋼量減少了約13％，綜合效益顯著，在工程應(yīng)用中較為廣泛。

     總之，以上各樓蓋有著各自不同優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，選型時(shí)應(yīng)根據(jù)工程的使用功能、受力特點(diǎn)、施工進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性要求等綜合考慮各種因素，力求樓蓋結(jié)構(gòu)方案安全、適用及合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003;

[2]《高層民用建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99-98;

[3]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010;

[4]聶建國(guó)等.《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)》.中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2005

[5]胡少偉.《鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)》.黃河水利出版社.2002

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)