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装配式钢结构常用楼板选型及设计方法概述

装配式钢结构常用楼板选型及设计方法概述

打印 0条评论来源:江苏省建筑设计研究院股份有限公司

[摘要] 楼盖为建筑提供了足够的平面内刚度,将整个结构协同工作,对建筑结构设计具有重大意义。随着装配式钢结构建筑的快速发展,楼板施工成为制约装配式钢结构工程进度的关键因素。本文对装配式钢结构建筑常用的三种楼盖类型进行了详细的介绍,深入分析了三种楼盖体系的优缺点及设计方法,对结构楼盖选用提出了相应的建议,为工程设计人员提供了相应的思路和理论依据。


[关键词] 装配式钢结构;组合楼板;桁架钢筋混凝土叠合楼板;楼板选型;设计方法


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0  引言



我国正处于生态文明建设、新型城镇化战略布局的关键时期,《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》和《住房城乡建设事业“十三五”规划纲要》提出将建筑业工作重心放在推动建筑产业现代化、推动建筑节能与绿色发展、提高施工质量和安全水平,强调大力发展装配式钢结构建筑,促进建筑业持续健康发展。


装配式钢结构建筑作为建筑工业化的一种形式,所占比重逐年加大,大力发展装配式钢结构建筑是贯彻绿色生态发展理念的重要载体和抓手。


对于装配式钢结构而言,楼盖的选型和设计尤为重要,对结构的安全性、经济性影响较大。因此,本文对装配式钢结构建筑常用的三种楼板体系进行了综述,系统介绍了装配式钢结构建筑楼板的选型要求和计算设计方法,为工程设计人员提供新的设计思路和理论基础,在一定程度上促进了装配式钢结构建筑的发展进程。


1  楼板选型要求


相较于整个建筑结构,楼板相当于水平隔板,能够给结构提供足够的平面内支撑,不仅可以将上部竖向荷载传给梁柱,保证抗侧力结构的空间协同变形,而且还影响建筑的使用功能、造价及施工工期。因此,装配式钢结构建筑楼板选型具有重大工程意义,在确定楼板方案时,应满足以下要求[1]:


(1)具有足够的平面内整体刚度


楼板为结构竖向构件提供水平方向支撑,抵抗水平地震作用和风荷载。随着经济的发展,多高层建筑日趋增多,水平作用逐渐成为结构设计的重要因素,因此,建筑层数的增加要求楼板必须具有足够的刚度,加强结构的整体工作性能,保证结构在横向作用下不产生较大的变形和整体失稳破坏。


(2)满足建筑使用功能


工程设计人员在选择楼板类型时,应考虑到结构层高以及楼层净高度,满足建筑设计的功能使用要求。选择合适的楼板类型,可以减少梁截面尺寸,提高楼层净高度,增加使用空间,同时构件截面尺寸的减少,减轻了建筑的自重,利于结构抗震。


(3)具有良好的经济性能


楼板在选型时,除了安全性以外,经济性能也是重要因素,在满足防火、隔音的基础上,楼板的设计还应方便于设备管线的铺设,降低建筑成本。


(4)现场施工的简便性,便于快速施工


装配式钢结构建筑工业化程度较高,结构构件的加工和制作均在工厂完成,现场直接拼装。因此,楼板选择时尽量选择免支模楼板,降低楼板支模、拆模的繁琐,尽可能减少楼板的施工工期,从而提高建筑的施工速度。


2  常用楼板体系类型


从楼板的选型要求中可以看出,装配式钢结构楼板的选择不仅要考虑其安全性,还需兼顾成本、施工简便以及功能性要求。


目前,在装配式钢结构建筑中,常用的楼板体系类型主要有:压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板以及桁架钢筋混凝土叠合楼板。


2.1  压型钢板组合楼板


(1)特点


压型钢板组合楼板是将压型钢板直接铺设在钢梁上,通过栓钉穿透焊接于钢梁。根据压型钢板截面形式的不同,可将压型钢板分为开口型、缩口型和闭口型,如图1所示。组合板示意图见图2。



组合楼板中的压型钢板不仅可以作为永久性模板,还可以代替板底受拉钢筋,与混凝土共同工作。因此,压型钢板组合楼板有以下特点[1]:


表1 压型钢板组合楼板特点



(2)设计方法


1)受力原理[2]


施工阶段:压型钢板、混凝土和施工活荷载由压型钢板承受,不设临时支撑;压型钢板按单向板计算(沿强边顺肋方向),强度和变形验算按弹性方法来验算,弱边(垂直肋)不验算,也不进行抗剪等其它验算。


使用阶段,压型钢板、混凝士、钢筋、栓钉、板上铺装吊顶和使用活荷载由压型钢板和混凝土共同承担,压型钢板的作用充当底部受拉钢筋使用。当压型钢板上混凝土厚度为50~100mm时,组合楼板可沿强边(顺肋)方向按单向板计算不考虑弱边方向的正负弯矩,当压型钢板上的混凝土厚度大于100mm,应根据有效边长比按《组合楼板设计与施工规范》5.1.3条计算。


2)构造要求


压型钢板厚度不应小于0.75mm,板顶以上混凝土厚度不小于50mm,总厚度不小于90mm;连续组合板按简支板设计时,抗裂钢筋的截面面积不应小于混凝土截面面积的0.2%;当压型钢板的承载能力不足时,可在板下部凹槽沿顺肋方向内配置受拉钢筋。为阻止压型钢板与混凝土之间的滑移,在组合楼板的端部均应设置栓钉。


3)设计步骤



2.2  钢筋桁架楼承板组合楼板


(1)特点


钢筋桁架楼承板是将楼板中的钢筋在工厂加工成钢筋桁架,并将钢筋桁架与镀锌压型钢板连接成一体,上部浇注混凝土,形成钢筋桁架混凝土楼板。如图4所示。


根据后期要求,底部钢模板可以作为永久性模板,也可后期拆除,仅在施工阶段作为临时模板。因此,钢筋桁架楼承板特点如表2所示[3]。



表2 钢筋桁架楼承板组合楼板特点



目前,钢筋桁架楼承板已经在多层厂房、多高层钢结构办公、酒店、住宅建筑、超高层钢结构建筑、不规则楼面(圆形、椭圆、其它形状)钢结构建筑、降板结构、厚板结构、钢筋混凝土结构广泛使用。


(2)设计方法


1)受力原理[2]


当钢筋桁架楼承板设有临时支撑时,与普通现浇混凝土楼板基本相同;不设临时支撑时,施工阶段,钢筋桁架楼承板自重、混凝土重量及施工活荷载全部由钢筋桁架承受;使用阶段,钢筋桁架架上下弦杆,可作为混凝土中配置的上下受力钢筋与混凝土共同工作,不考虑钢筋桁架整体、桁架腹杆及底模的作用。


2)构造要求


钢筋桁架楼承板组合楼板的构造要求见图3、图4。



3)设计步骤



2.3  桁架钢筋混凝土叠合楼板


(1)特点


桁架钢筋混凝土叠合板在预制板内铺设了叠合楼板的底部受力钢筋和桁架钢筋,在施工现场通过后浇混凝土叠合而成的楼板。如图6所示。


预制底板可作为施工阶段的永久性模板,桁架钢筋可增加叠合面的抗剪及整体刚度。因此,桁架钢筋混凝土叠合楼板特点见表5。



(2)设计方法


1)受力原理


当桁架钢筋叠合板设有临时支撑时,与普通现浇混凝土楼板基本相同;不设临时支撑时,施工阶段,预制板自重、混凝土重量及施工活荷载全部由预制板承担;使用阶段:当现浇层混凝土强度尚未达到设计值时,荷载主要包括钢筋桁架自重、预制层自重、叠合层自重以及施工活荷载,全部由钢筋桁架以及预制板承担,楼板按照简支构件计算;当现浇层混凝土强度达到设计值,荷载由楼板全截面共同承担,受力按照整体结构进行计算,此时的荷载主要包括预制构件自重、叠合层自重、面层、吊顶等自重以及本阶段的使用活荷载。


2)构造要求


桁架钢筋混凝土叠合楼板构造要求见表6和表7。



3)设计步骤[4]



3  结语


本文通过对装配式钢结构建筑楼板选型要求及常用楼板类型的特点和计算方法进行了分析,得出以下结论:


(1)装配式钢结构楼板的选型在保证有足够平面刚度的同时,还应兼顾建筑功能、成本、施工便捷、连接方便等要求;


(2)深入分析了压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板和桁架钢筋混凝土叠合楼板的优缺点,三种楼板本质上是对现浇楼板的重大改进,在实际工程中,应根据建筑类型及形式选择适合的楼板类型,对于公共建筑或后期装修的建筑,建议选用钢筋桁架楼承板组合楼板;对于毛坯交付的住宅等工程,建议选择桁架钢筋混凝土叠合楼板或压型钢板组合楼板;


(3)详细总结了压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板和桁架钢筋混凝土叠合楼板的基本规定和不同阶段的受力特点及设计方法,为工程设计人员在装配式钢结构楼板设计时提供了设计思路。


参考文献


[1]韩朝辉, 苗长春, 张征. 钢结构楼盖选型浅析[J]. 陕西建筑, 2013,000(5): 18-21.


[2]杨超群. 钢筋桁架楼承板设计、施工与效益分析[D]. 厦门大学, 2017.


[3]孙李涛, 张海宾, 焦伟, 等. 装配式钢结构建筑楼板体系的演变及应用[J]. 建筑技术, 2018,49(S1): 16-18.


[4]卢家森, 徐海兵, 郑振鹏. 钢筋桁架混凝土叠合楼板设计方法[J]. 建筑结构, 2016(18): 99-103.


作者联系方式:


董嘉林,男,江苏省建筑设计研究院有限公司,硕士研究生,16605167803


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(编辑:奚雅青)


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[责任编辑:Susan]

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