技术论文
钢筋桁架混凝土叠合板在钢结构住宅中的应用
2016-09-12

钢筋桁架混凝土叠合板在钢结构住宅中的应用

张晓军,李文斌,束炜

(浙江杭萧钢构股份有限公司,杭州 310003)

       [摘要] 钢筋桁架混凝土叠合板施工速度快、整体性好,本文主要对该楼板的构造、受力特性、设计方法及应用于钢结构工程中的施工要求进行了介绍。

       [关键字] 钢筋桁架;预制板;叠合板;钢结构住宅。

       0   引言

       目前,钢结构住宅中常见的楼板类型有现浇混凝土楼板、压型钢板-混凝土组合楼板等。现浇混凝土楼板具有整体性好、刚度大的优点,但现场钢筋绑扎、模板工程的工作量大,施工速度慢,周期长;压型钢板-混凝土组合楼板施工速度快,与钢结构建筑施工周期相适应,但存在平面内双向刚度不等、板底不平整,楼板下表面为钢板不易装修等缺陷。文中介绍的钢筋桁架混凝土叠合板解决了现浇混凝土楼板及压型钢板-混凝土组合楼板的缺陷。

       1   钢筋桁架混凝土叠合板的构成

       1.1 钢筋桁架混凝土预制板

       钢筋桁架混凝土预制板是利用楼板中部分上下层纵向钢筋,与弯折成型的钢筋焊接,在工厂内加工成空间桁架,并在其下弦处浇筑一定厚度的混凝土,经过养护形成的一种带有钢筋桁架的混凝土预制板。

       预制板的规格可根据房间尺寸确定。一般情况下,一个房间的楼板都是由几块预制板排列组成,见图1。当房间尺寸较小时,可按房间尺寸整体预制,只需一块预制板即可,见图2。

图1  多榀桁架预制成成一块模板                                      图2  整个房间预制成一块模板

       1.2 钢筋桁架混凝土叠合板

       钢筋桁架混凝土叠合板是以钢筋桁架混凝土预制板为永久底模板,现场经过绑扎钢筋(支座钢筋及板面横向钢筋等)并浇筑叠合层混凝土形成的一种装配整体式楼板,见图3。

图3  钢筋桁架混凝土叠合板

       2   钢筋桁架混凝土叠合板的特点

       1)现场钢筋绑扎工作量大幅减少,施工速度快。

       2)与传统的现浇混凝土楼板等相比,钢筋桁架混凝土预制板作为施工期间的操作平台,节约模板费用。

       3)钢筋桁架混凝土预制板的刚度较大,可避免设置满堂脚手架,降低了施工成本。

       4)钢筋桁架混凝土预制板工厂化制作,机械化安装,容易控制现场施工质量。

       5)通过严格控制生产平台的质量标准,钢筋桁架混凝土预制板板底平整度高,这使得抹灰工程大为简化。

       6)钢筋桁架在施工过程中具有马镫铁的功能,由于钢筋桁架腹杆的支承作用,上皮钢筋在施工期间免于被踩踏变形。

       7)与其它预制混凝土楼板产品不同,钢筋桁架的腹杆穿越结合面使楼板的预制层与现浇层的连接得到加强,从而提高了楼板系统的整体受力性能。

       3   受力特性

       3.1 楼板的刚度

       钢筋桁架混凝土叠合板根据是否设临时支撑分为两种情况:

       1)设临时支撑  与普通现浇钢筋混凝土楼板基本相同。

       2)不设临时支撑  在叠合层混凝土达到设计强度之前,楼板刚度由钢筋桁架和混凝土预制层共同承担;叠合板混凝土达到设计强度后,与普通混凝土现浇板基本相同。

       3.2 楼板的承载力

       在使用阶段,钢筋桁架预制板与叠合层混凝土一起共同工作,此楼板与普通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。

       4   设计方法

       叠合层混凝土从浇筑到达到设计强度过程中,楼板受力明显不同,所以应对使用及施工两阶段进行计算。

       4.1 使用阶段计算

       使用阶段计算包括楼板的正截面承载力计算、楼板下部钢筋应力控制验算、支座裂缝控制验算以及挠度验算。计算公式可参照《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)[ 1 ]。

       叠合面的抗剪承载力是保证预制层与叠合层形成整体并共同工作的关键。国内外既有研究表明,对于一般的以承受静载为主的工业与民用建筑的楼盖,在采用自然粗糙面且无结合筋的情况下进行低周反复加载,并不会发生叠合面剪切破坏的现象。钢筋桁架混凝土叠合板在保持自然粗糙面地情况下,还有钢筋桁架腹杆钢筋的存在,预制层和叠合层的整体性更好,叠合面的抗剪承载力不需进行验算。

       4.2 施工阶段计算

       施工阶段计算包括上下弦杆强度验算、受压弦杆和腹杆稳定性验算以及预制板挠度、裂缝验算。

       当施工阶段设有可靠临时支撑时,设计时无需进行施工阶段验算;当施工阶段不设临时支撑时,钢筋桁架混凝土预制板中桁架杆件的内力及预制板的挠度验算,其刚度考虑预制层混凝土裂缝影响下钢筋桁架、混凝土预制层对预制构件的贡献[ 2 ]。对于施工期间在支座部位桁架连续而混凝土底板断开的钢筋桁架混凝土预制板,不考虑桁架的连续作用,仍然分跨按简支板进行施工验算。

       承载能力极限状态按荷载基本组合,挠度采用荷载效应标准组合计算。施工阶段荷载包括钢筋桁架预制板自重、叠合层湿混凝土重量以及施工荷载。施工荷载采用均布荷载取1.5kN/m2。

       1)上下弦杆强度计算公式:

             (1)

       式中: σ 为上下弦杆的应力;N 为杆件轴心拉力或压力。

       2)受压弦杆及腹杆稳定性计算公式:

              (2)

       式中: ψ 为轴心受压构件的稳定系数的应力,按文献[3]附录C采用,其中受压弦杆的计算长度取0.9倍的受压弦杆节点间距,腹杆的计算长度取0.7倍的腹杆节点间距; 为钢筋抗压强度设计值。

       3)挠度验算

       施工阶段钢筋桁架混凝土预制板的最大挠度仅考虑预制层自重及叠合层的湿混凝土重量的标准值,挠度限值为2mm[ 2 ]。

       5   施工要求

       5.1 施工顺序

       钢筋桁架混凝土叠合板的施工应遵守以下操作程序:拟定施工计划→预制板进场、起吊→预制板安装→附加钢筋绑扎及管线敷设→栓钉焊接→隐蔽工程验收→叠合层混凝土浇筑→养护。

       5.2 施工要点

       1)钢筋桁架混凝土预制板制作时应包含全部板底钢筋,包括桁架钢筋(下弦)和附加纵向受力钢筋,以及不小于6@250的板底横向分布筋。

       2)钢筋桁架混凝土预制板的吊装,力求做到起吊平稳、着力均匀。对于宽度不超过2.4m,长度不超过8m的预制板,可采用四点起吊(见图4)。当预制板超出上述最大规格或为异形板时,应经吊装验施工验算采取多点起吊的方式(见图5)。

图4  预制板四点起吊                                图5  预制板多点起吊

       3)板中敷设管线,正穿时可采用刚性管线,斜穿时由于钢筋桁架的影响,宜采用柔韧性较好的材料。由于钢筋桁架间距有限,应尽量采用直径较小的管线,分散穿孔预埋,避免管线集束预埋。

       4)楼板叠合层中按设计要求设置一定数量的板缝结合筋,以便荷载在纵向板缝处的横向传递;纵向板缝通常可采用切角式拼缝,其优点是构造简单,制作方便,比较容易处理在制作和安装过程中产生的误差,详见图6。

图6  纵向板缝处构造

       5.3 节点构造

       钢筋桁架混凝土叠合板作为一种新型楼板在钢结构建筑中应用,其节点连接应按图7所示构造处理。

图7  钢筋连接构造形式

       6   结语

       钢筋桁架混凝土叠合板作为一种先进的楼板施工技术,具有整体性好、施工速度快、绿色环保等优点,结合钢结构住宅体系中梁柱在工厂预制,然后到工地现场装配的特点,将进一步加快钢结构住宅在我国的推广应用。

       参考文献

       [1] GB50010-2002 混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002 .

       [2] 刘轶. 自承式钢筋桁架混凝土叠合板性能研究[D]. 杭州:浙江大学,2006.

       [3] GB50017-2003 钢结构设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2003 .