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阅读 1521 次 新型城镇化建设中几种叠合楼板的研究综述

摘要:本文主要介绍了目前应用比较广泛、具有代表性的几种叠合楼板,着重就其构造、受力特点、计算模型简化、适用范围等方面进行了说明,并指出在实际工程应用中这些叠合楼板存在的优点与不足。...

 新型城镇化建设中几种叠合楼板的研究综述

马国庆,苏衍江,黄炜

(武警陕西总队后勤部营房处,西安 710054)

(西安建筑科技大学,西安,710055)

    一、引言

    随着我国新型城镇化进程的不断推进,每年需要建造大量的住宅,然而传统粗放型的施工方式不仅科技含量不高、劳动生产率低,而且工业化程度差、对环境污染严重,严重阻碍了住宅建设的发展,无法满足现阶段住宅建造的需求,因此我们亟需改变传统住宅建造的方式,大力推进住宅产业化的发展。采用装配整体式混凝土结构将会是我国未来住宅建筑市场的发展方向,也是迈向住宅产业化的必经之路,其中楼板体系在整个结构中所占的比重较大且传统的施工工艺相对复杂,在一定程度上制约着整个工程的施工进度。因此,很有必要深入研究承载力高、抗震性能好、施工速度快、环保经济的新型叠合楼板,并着力推动其发展,从而满足新型城镇化建设的要求。本文主要介绍了目前应用比较广泛、具有代表性的几种叠合楼板,着重就其构造、受力特点、计算模型简化、适用范围等方面进行了说明,并指出在实际工程应用中这些叠合楼板存在的优点与不足。

    二、几种叠合楼板的研究综述

    目前我国采用的楼板体系主要分为现浇楼板、装配式楼板和装配整体式楼板(叠合楼板)。①传统的装配式楼板,虽然制作方便、施工速度较快,但其跨度一般较小,承载力低、整体性差,抗震性能不佳,已逐步被限制使用;②现浇楼板虽刚度大、整体性好、抗震能力强,但施工复杂、工期长、自重大,同时需要大量模板,不但浪费木材还会造成噪声及环境污染,不便于产业化生产并且易产生收缩裂缝等问题;③装配整体式楼板(叠合楼板)由预制部分和现浇部分组成,预制部分可以实现工厂化、自动化、模数化,叠合后其受力性能与现浇板相似,因而,叠合楼盖不但具有较高的承载力和较好的抗震性能,而且施工速度快、周期短,更加环保和经济,这也符合我国“十二五”规划以及党的十八大提出要建设资源节约型、环境友好型社会的要求。

    1、钢筋桁架组合楼板

    钢筋桁架组合楼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钢板在工厂焊接成一体的组合模板,运送至施工现场,将其直接铺设在钢梁上,进行简单的钢筋工程,便可浇筑混凝土,形成叠合楼板。它是在施工阶段能够承受湿混凝土及施工荷载,在使用阶段钢筋桁架成为混凝土配筋,承受使用荷载的新技术。

图1 钢筋桁架组合楼板模板系统

图2 钢筋桁架组合楼板现场施工图

 

    钢筋桁架组合楼板根据是否设临时支撑分为两种情况:

   (1)设临时支撑:与普通现浇混凝土楼板受力性能基本相同。

   (2)不设临时支撑:①在施工阶段,首先底模承担全部荷载,再经底模与钢筋桁架的焊点,将荷载全部传给钢筋桁架,由钢筋桁架再将荷载传到两端支撑上,因此应按钢筋桁架与底模分别承担全部荷载进行验算。②使用阶段,钢筋桁架通过粘结力与混凝土共同工作,钢筋桁架上、下弦杆的作用如普通钢筋混凝土楼板上、下配置的钢筋一样,由于底模肋高很小,与混凝土之间几乎没有粘结力,因此不考虑底模的作用。

    钢筋桁架组合楼板具有以下特点:

   (1)受力模式合理,双向刚度好,易于双向设计,防裂性能好。

   (2)施工速度快,可进一步缩短工期,工厂一次性完成传统楼板的75%以上现场钢筋工作量以及替代了100%的现场支模施工。

   (3)结构设计上镀锌钢板无防腐要求,使用年限完全等同与现浇板,减少后期的维护投入。

   (4)防火性能好,无需底面防火处理。

   (5)施工现场湿作业工作量大,使用阶段底模钢板不拆除,浪费钢材,成本较高。

    钢筋桁架组合楼板在钢结构,特别是多、高层钢结构中应用尤其广泛,近年来,在超高层钢结构中的应用也体现出其特有的优势。例如:上海环球金融中心,广州西塔,广州新电视塔等超高层建筑,均使用该施工工艺。随着钢结构、铁路、桥梁的不断发展,钢筋桁架及钢筋桁架组合楼板的优势将逐渐被挖掘出来,其应用将越来越广泛,为钢结构楼板、铁路路轨及高架桥梁的高速发展提供了一条新的道路。

    2、压型钢板混凝土组合楼板

    压型钢板混凝土组合楼板是利用凹凸相间的压型薄钢板做衬板与现浇混凝土浇筑在一起支承在钢梁上构成整体型楼板,主要由楼面层、组合板和钢梁三部分组成。

图3压型钢板混凝土组合楼板构造图

图4压型钢板混凝土组合楼板现场施工图

    压型钢板混凝土组合楼板是程度不同的正交异性板,可采用有限元方法计算,根据《组合楼板设计与施工规范》(CECS273:2010)规定正交各向异性板的近似分析法,采用有效边长比替代实际边长比,并以此对有关边长作修正,将正交异性双向板简化成等效的各向同性双向板。

    压型钢板混凝土组合楼板具有以下特点:

   (1)施工周期缩短。压型钢板作为组合楼板的永久性模板,除去了支模、拆模以及搭设临时脚手架的繁冗工序,而且浇注混凝土及其他工种均可多层立体作业,各楼层可以同时施工,大大加快工程施工进度。

   (2)加强结构抗震性能。组合楼板不仅增强了结构的竖向刚度,而且压型钢板和钢梁对混凝土楼板起着加劲肋的作用,提高结构的整体抗震性能。

   (3)自重较轻,易于运输、安装。而且便于铺设板内管线,并可在压型钢板凹槽内埋设建筑装修用的吊顶挂钩,充分利用了楼层结构中的空间。

   (4)压型钢板和混凝土之间粘结较差,需借助各种形式的剪力连接件;组合楼板下表凹凸不平,需做吊顶;且板底需做防火处理。

    随着钢结构建筑的发展,压型钢板混凝土组合楼板的应用也越来越广泛,它能较好地实现建筑使用功能、结构抗震性能和结构经济指标三者之间的协调统一,具有非常好的应用推广前景。

    3、钢筋桁架混凝土叠合楼板

    钢筋桁架混凝土叠合楼板是利用混凝土楼板上下层纵向钢筋,与弯折形成的钢筋焊接,组成能够承受荷载的钢筋桁架,将钢筋桁架下半部分与混凝土浇筑在一起,制作成混凝土预制薄板,楼面施工时浇筑后浇层混凝土,最终形成混凝土叠合楼板。它在施工阶段无需模板就能够承受湿混凝土及施工荷载,在使用阶段,钢筋桁架成为混凝土楼板的配筋,能够承受使用荷载。

 

图5 钢筋桁架混凝土叠合楼板构造图

  

图6 钢筋桁架混凝土叠合楼板现场施工图

    钢筋桁架混凝土叠合楼板根据施工阶段受力不同分为两种情况:

   (1)施工阶段设有可靠支撑的叠合板,预制板在施工阶段不承受荷载,只是将荷载传给临时支撑,待后浇混凝土层达到到强度后,再拆除临时支撑,此后预制板与后浇层混凝土共同工作承受荷载,其受力性能也与整浇板基本相同。

   (2)施工阶段不设支撑的叠合板,其内力分两个阶段计算:①第一阶段,后浇的叠合层混凝土达到强度设计值之前的阶段,荷载由预制构件承担,预制构件按简支构件计算;②第二阶段,叠合层混凝土达到强度设计值之后的阶段,叠合构件按整体结构计算。   

    钢筋桁架混凝土叠合楼板具有以下特点:

   (1)钢筋总体排列均匀,上下层钢筋间距及钢筋保护层厚度有可靠保证,楼板下表面平整,便于作饰面处理。

   (2)与钢结构中普遍采用的压型钢板组合楼板相比,节省了压型钢板,而且不需要考虑钢材防腐问题,从而降低工程造价。

   (3)工厂制作钢筋桁架,大幅减少现场钢筋绑扎工作量,预制薄板可作为施工操作平台和叠合层混凝土的底模,取消了繁琐的模板工程,缩短了工期。

   (4)在实际工程中,该板型最大跨度一般只能做到3.9m 左右,一定程度上制约了其发展;随着楼板跨度的增大,这种板型的用钢量也会大大增加,整体造价随之提高。

    钢筋桁架混凝土叠合板是一种新型的楼板结构,它具有免支模,无支撑,施工速度快的特点,广泛适用于多种结构体系中,但是,该板跨度较大时,板厚增加较多,使该结构形式的优势减弱,如能解决跨度与板厚的制约因素,则可进一步提高该叠合楼板的优势。

    4 、预制带肋底板混凝土叠合楼板

    预制带肋底板混凝土叠合楼板是以预应力混凝土预制带肋薄板为底板,肋上预留椭圆形孔,孔内穿置横向非预应力受力钢筋,然后再浇筑叠合层混凝土从而形成的一种装配整体式楼板。 

  

图7 预制带肋底板混凝土叠合楼板构造图  

  

图8 预制带肋底板混凝土叠合楼板现场施工图

    预制带肋底板混凝土叠合楼板是一种双向异性受力板,从加载到破坏整个过程,同现浇楼盖相似,可以分为弹性阶段、开裂阶段和破坏阶段。宜采用弹性理论进行分析,因此采用正交各向异性板的小挠度理论进行计算是比较合理的。

    预制带肋底板混凝土叠合楼板具有以下特点:

   (1)楼板的刚度大,整体性好。由于预制薄板存在板肋,加大了预制薄板的刚度,可以减少预制薄板在运输及施工过程中损坏的概率,同时可有效控制预制薄板的拱效应,加大叠合楼板的整体性。

(2)在预制薄板板肋上预留多个长方形孔洞,通过布置穿孔钢筋实现双向配筋,叠合楼板表现出良好的双向受力性能;由于板肋孔洞内的现浇混凝土可与板肋形成“销栓”效应,进一步加强了楼板的整体性。此外,预留孔洞还可方便预埋管线的布置。

   (3)在底板各拼缝处布置满足锚固长度要求的折线型或平行抗裂钢筋,有效增强了楼板弱方向拼缝处的抗裂性能,增强了整体性。

   (4)该叠合楼板是“二阶段受力构件”,在施工阶段,无需模板,且只需设置少量支撑,可有效节省模板和支撑的用量,减小现场作业量,可明显缩短工期。

   (5)在混凝土肋上开洞比较困难,且洞口内部及T 形截面翼缘下部不宜浇筑后浇层混凝土,使得混凝土之间留有部分空隙,在板内形成一定的初始缺陷,制作时需要施加预应力,难度较大。

    预制带肋底板混凝土叠合楼板可以与装配式混凝土框架结构、钢框架结构、装配式剪力墙结构组合形成一系列装配整体式结构体系,也可以取代现浇结构体系中的现浇楼盖,从而有着广阔的市场前景,必将在新型建筑工业化、住宅产业化领域大放异彩,目前该技术已经输出到新加坡、外蒙古等国,很受欢迎。

    5 、WFB装配整体式预应力空心楼板

    WFB装配整体式预应力空心楼板是由WFB预应力空心预制板与现浇密肋组成,WFB预应力空心预制板在板体的两侧面上部留有凸出块,板的纵向配有预应力钢筋,横向配有非预应力钢筋,形成双向配筋预应力空心预制板。 

  

图9 WFB 装配整体式预应力空心楼板

    这种叠合楼板在施工阶段由WFB预应力空心预制板承受荷载,通过后浇混凝土密肋将各块WFB预应力空心预制板连接成为整体,实现整体受力。

    WFB装配整体式预应力空心楼板具有以下特点:

   (1)钢筋总体排列均匀,上下层钢筋间距及钢筋保护层厚度有可靠保证,楼板下表面平整,便于作饰面处理。

   (2)与钢结构中普遍采用的压型钢板组合楼板相比,节省了压型钢板,而且不需要考虑钢材防腐问题,从而降低工程价。

   (3)工厂制作钢筋桁架,大幅减少现场钢筋绑扎工作量,预制薄板可作为施工操作平台和叠合层混凝土的底模,取消了繁琐的模板工程,缩短了工期。

   (4)在实际工程中,该板型最大跨度一般只能做到3.9m 左右,一定程度上制约了其发展;随着楼板跨度的增大,这种板型的用钢量也会大大增加,整体造价随之提高。

    WFB预应力混凝土空心板是一种新型的楼板结构,有其一定的适用性,但由于其板厚通常较厚,自重较大,使其应用推广受到一定的限制。

    三、结语

    通过对以上几种叠合楼板进行分析可知,叠合楼板具有整体性好、刚度大、节省模板、减少污染等优点,且易于实现工业化施工,大大提高了施工效率和质量,降低了工程造价,这正符合了我国城镇化建设的基本要求,很好地解决了村镇住宅当前面临的“抗震能力差、工业化水平低、资源消耗高”等难题。但是,由于目前叠合楼板在其计算模型的简化、结构分析,以及规范、标准和图集的编制等方面还不完整,所以,应不断加强叠合楼板的科学研究,尽快完善其理论体系,并继续开发出其它新的叠合楼板类型,为新型城镇化建设的发展提供强有力的支撑。

(本文来源:陕西省土木建筑学会   文径网络工程项目投资中心:刘红娟 尹维维 编辑   刘真 文径 审核) 

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