学文网摘要:文章对钢结构住宅中常用的几种楼板体系进行了结构性能和经济性能的分析比较,认为混凝土叠合楼板是最具发展潜力的钢结构住宅楼板。通过对三种形式的混凝土叠合楼板的对比分析,得出预制预应力混凝土薄板叠合楼板是一种结构性能较好、易于实现产业化生产的楼板体系,非常值得在钢结构住宅中大力推广应用。
关键词:钢结构住宅;工业化生产;混凝土叠合楼板;预应力
中***分类号:TU391文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0190-03
钢结构住宅既能满足建筑资源可持续发展的要求,又有利于加快住宅产业化进程,满足了城市化进程快速推进的要求,符合国家产业***策,具有广泛的应用前景。为实现钢结构住宅的集约化和工厂化生产,加快钢结构住宅发展,首先须要解决影响钢结构住宅发展的结构体系问题,如楼板体系,使其达到标准化、系列化、批量化生产,进而促进钢结构住宅的产业化发展。
一、钢结构住宅楼板的形式
现阶段,钢结构住宅中常用的楼板体系主要有三种:压型钢板混凝土组合楼板,现浇钢筋混凝土楼板及预制混凝土叠合楼板。对其技术构成及优缺点分析如下:
(一)压型钢板混凝土组合楼板
压型钢板作为浇注混凝土的永久性模板,并起到跨中受拉钢筋的作用。目前这种楼板在钢结构住宅中有着广泛的应用。
它具有以下优点:(1)合理设计后,可不设施工模板,能实现多层同时施工作业,大大加快施工进度,缩短工期;
(2)压型钢板的凹槽内可铺设通讯、电力、通风、采暖等管线;(3)压型钢板和混凝土通过叠合面的构造形成整体,楼板整体性能好,刚度大。
压型钢板混凝土组合楼板的缺点是:(1)压型钢板大都作为浇注混凝土永久性模板使用,没有发挥受拉钢筋的作用,造成了资源浪费;(2)由于压型钢板大都采用镀锌钢板,必须考虑镀锌钢板的锈蚀、防火问题,这将增加工程的造价;
(3)由于压型钢板呈波纹状,表面装饰需要采用吊顶,增加装修费用,同时还会降低楼层净高。
(二)现浇钢筋混凝土楼板
现浇整体混凝土楼盖是结构设计中最常用的一种楼板,也是设计及施工人员最为熟悉的一种结构形式。跨度一般为4～7m,板厚100～150mm。
具有以下优点:(1)刚度大,整体性好,连接可靠,延性好,抗震、抗冲击性能好;(2)设计、施工技术成熟;(3)和钢梁共同工作,形成组合梁,可减小梁截面的高度;(4)不受房间形状的限制,开洞方便,便于设备和管道的垂直铺设。
现浇钢筋混凝土楼板的缺点是:(1)跨度和承载力有限。由于无法采用高强材料,非预应力钢筋的实心板楼盖适用的跨度有限,承载能力也不可能太大。(2)抗裂性能差。现浇楼盖的整体性虽然较好,但由于约束多,温差、收缩引起的内应力大,加上现场施工条件较差,在振捣不实、养护不周、拆模过早等不利因素的影响下,容易产生裂缝,严重的裂缝贯穿板厚,宽度超过1.5mm。这种现象应该引起足够的重视。(3)施工工艺复杂,工期长。现浇混凝土的施工,从支模、绑扎到浇筑、拆模、养护等工艺均在现场完成,工序复杂,施工周期长,使质量难以得到保证。(4)难以实现文明施工。混凝土运输过程中的遗撒,现场大量的湿作业,噪音扰民以及大量模板的堆置,都不利于环境保护。(5)耗材多、自重大。由于非预应力现浇混凝土楼板采用低强度等级的钢筋及混凝土,材科用量较大,因而加大了结构自重。
(三)预制混凝土叠合楼板
这是预制与现浇相结合的一种楼板形式,底部安装预制底板,上部浇注混凝土,从而形成整体受力的状态。
预制混凝土叠合楼板的优点为:(1)结构刚度大,整体性好,与现浇结构具有相近的整体性和抗震性能;(2)抗裂性能好,因混凝土收缩、徐变产生的挠度小;(3)预制底板取代了模板,施工方便,缩短了工期;(4)可不用次梁,室内净空大;(5)预制底板工厂化生产质量稳定,符合规模生产及住宅产业化的方向。
预制混凝土叠合板的缺点是:(1)预制底板与钢梁的连接不易处理,协同工作性能有待提高;(2)预制底板之间的接缝处易出现裂缝;(3)仍存在一定量的现场湿作业。
(四)三种楼板的性能和经济性比较
压型钢板混凝土组合楼板、现浇钢筋混凝土楼板和预制混凝土叠合楼板三种楼板体系在现代钢结构住宅中都有所使用,其综合性能各有特点,性能比较见表1:
表1三种楼板体系的性能和经济性比较
楼板种类 压型钢板
组合楼板 现浇钢筋混凝土楼板 预制混凝土叠合楼板
装配化 部分装配化 无 部分装配化
施工效率 大量现场湿作业但施工速度较快 大量现场湿作业施工效率低 大量现场湿作业但施工速度较快
刚度
(楼板等厚) 大 大 较大
吊顶 需要 不需要 不需要
楼层净高
(楼板等厚) 较小 大 较大
防火与防腐 需要做防火
与防腐处理 不需要 不需要
造价 最贵 便宜 中
综上所述,同现浇组合楼板相比,叠合楼板可以在施工期间节约大量的模板,并可以多层同时施工,从而加快施工速度,大大缩短工期;同压型钢板的组合楼板相比,采用叠合楼板,楼层净空高度比较大,而且后期装修不需要安装吊顶,可以节约大量的钢材,除此之外,采用叠合楼板还能避开压型钢板防腐防锈的困难,减小栓钉焊接的难度,且耐久性增强。另外,二次现浇层的存在增强了叠合板组合楼板的整体性能和抗震性能。综合分析比较可知,钢-混凝土叠合楼板体系是钢结构住宅楼板体系中较为理想的一种体系,在钢结构住宅中将会有广阔的应用前景。
二、预制混凝土叠合楼板的发展趋势
预制混凝土叠合楼板有三种形式:普通钢筋混凝土叠合楼板,高效预应力混凝土叠合楼板及预制预应力混凝土薄板叠合楼板。
(一)普通钢筋混凝土叠合楼板
普通钢筋混凝土叠合楼板由普通钢筋混凝土预制底板和现浇钢筋混凝土层组成(如***1所示),尽管这种形式的混凝土叠合板设计简单,但是由于未采用预应力钢筋,为保证预制底板具有足够的抗弯刚度,预制底板的厚度通常较大,基本与现浇层部分等厚,这样就会增加叠合板的自重,减少楼层净高,同时相对于使用预应力钢筋,此种预制底板钢筋的使用量大,预制构件厚度大、自重大,预制底板的抗裂性差,从而阻碍了普通钢筋混凝土叠合楼板在钢结构住宅中被广泛地应用。
(二)高效预应力混凝土叠合楼板
高效预应力混凝土叠合楼板(如***2所示)采用高效预应力混凝土板作为底板,后浇混凝土形成的叠合板,其中高效预应力混凝土板是由具有优良锚固性能的高强低松驰的钢绞线、单根螺旋肋钢筋等,配以强度较高的混凝土制作而成,具有强度高、截面小、承载力大,不需要设置支撑等特点。尽管高效预应力混凝土叠合板有诸多结构优势,但由于其厚度通常较薄,刚度不足,计算挠度过大仍为限制其应用范围的瓶颈。解决的有效途径是将原来单向受力叠合预制底板中的横向构造钢筋改为受力钢筋伸出板边,利用板侧拼缝及后浇层混凝土实现横向传力,变原来的单向受力状态为双向板,但这需要根据实际情况确定预制部分尺寸,使生产工业化和设计标准化程度有所降低,若采用单向叠合板,虽然其生产工业化设计标准化都较好,但由于按单向受力计算,跨度较大时,板厚增加较多,使该结构形式的优势减弱。另外,高效预应力预制构件仍有许多技术问题需要解决,例如构件的端裂问题,反拱大且不均匀,刚度小,变形大等问题。还有,高效预应力混凝土叠合板还存在节点构造复杂,施工工序较多,施工现场钢筋的绑扎和锚固工作量较大等问题。
(三)预制预应力混凝土薄板叠合楼板
预制预应力混凝土薄板叠合楼板(如***3所示)由预制预应力混凝土薄板(薄板厚度范围为50～80mm)和现浇钢筋混凝土层组成,其特点是由于预制预应力混凝土薄板中采用预应力钢筋,能有效地降低板厚,
限制裂缝开展,节省材料,经济和技术优势明显,且预制板表面仅需进行网状滚筒成型,即可满足叠合面的抗剪强度要求,满足预制板与现浇层共同工作的要求。这种形式的叠合板不仅性能优越,能够完全满足实际工程的需要,而且设计简单,生产加工方便,易于实现预制板的产业化生产。
(四)三种混凝土叠合楼板的结构性能比较
对以上三种类型的混凝土叠合楼板的结构性能进行综合分析比较,见表2:
表2三种形式的叠合楼板的结构性能比较
楼板种类 普通钢筋混凝土叠合楼板 高效预应力混凝土叠合楼板 预制预应力混凝土薄板叠合楼板
钢筋用量 不节省 节省 节省
板厚(相同设计荷载) 较厚 薄 较薄
抗裂性能 差 好 好
承载力(相同板厚) 低 高 较高
工业化程度 高 低 高
由表2可知,预制预应力混凝土叠合板的结构性能优势较为明显,且易于实现工业化生产,能够推动钢结构住宅的集约化和产业化生产,有利于加快钢结构住宅的推广应用。
三、结论
尽管预制预应力薄板叠合楼板的结构性能和经济性优势都较为突出,但我国目前的钢结构住宅中所采用的楼板体系主要还是压型钢板组合楼板和现浇钢筋混凝土楼板,预制预应力混凝土薄板叠合楼板的应用则相对较少,笔者认为叠合板系统中预制板的采用可能是影响预制预应力混凝土薄板叠合楼板应用推广的一个重要因素,尤其是汶川地震后,大多数人对预制板的使用心有余悸,对预制板在叠合楼板中的表现及预制预应力薄板叠合楼板与钢梁的协同工作性能有所顾虑,因此,应该对预制预应力混凝土薄板叠合板进行充分的研究,解决关键的技术问题,用试验研究成果来说明问题,解除大家对预制板使用的担心,从而真正地推动预制预应力薄板叠合楼板在钢结构住宅工程的广泛应用。
参考文献
[1]聂建国,余志武.钢――混凝土组合梁在我国的研究及应用[J].土木工程学报,1999,32(2).
[2]赵玉成.多高层钢结构组合楼盖的现状及发展[J].四川建筑,2007,27(3).
[3]陈全,石永久,王元清,等.钢――混凝土叠合板组合楼盖在多层轻钢房屋中的应用[J].工业建筑,2001,31(6).
[4]聂建国,陈必磊,陈戈,等.钢筋混凝土叠合板的试验研究[J].工业建筑,2003,33(12).
[5]谢亮.新型组合楼盖在水平荷载作用下受力性能研究[D].中国优秀硕士学位论文全文数据库,2005.
作者简介:刘淑娟 (1985-),女,黑龙江人,同济大学土木工程学院建筑工程系硕士研究生,研究方向:钢结构住宅楼板。
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