鋼結構樓蓋選型淺析

韓朝輝 苗長春 張征

（中聯西北工程設計研究院 710082  西安）

一、背景

    鋼結構在我國發展勢頭迅猛所占比重逐年加大，樓蓋的選擇對整個結構的安全性、經濟性影響甚大，其不僅傳遞荷載，加強結構的空間整體性，而且還涉及到建筑的使用功能、造價以及施工速度。因此，鋼結構樓蓋選型時需考慮的因素就顯得尤為重要，本文試圖從以下幾個方面闡述：

    （一）要有利于快速施工

    鋼結構的制作、安裝的工業化程度較高，一般均在工廠下料、加工完畢后，到現場拼裝。所以在設計樓蓋時要盡可不采取傳統支模拆模的施工方式，以免拖慢鋼結構主體施工速度。

    （二）要有利于增加樓層凈高度
    以往的梁板結構形式中，梁高擠壓了較多的建筑層高，而組合樓蓋形式，可減小構件截面尺寸，增加使用空間并可減輕結構自重有利于抗震。
    （三）要有利于敷設管線設施
    樓蓋的設計不僅要考慮結構的安全性，還應考慮適用性、經濟性；將建筑中管線的鋪設同樓蓋的形式高度統一，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、體系更加多樣復雜，建筑承受的橫向作用逐漸成為結構設計的控制因素，要求樓面必須有足夠的剛度，以加強結構的整體性和協同受力，有助于防止結構產生較大的變形和整體二階效應的影響。

    由此可知，樓蓋選擇不僅要考慮結構的安全要求，還要兼顧建筑功能的實現、公共設施的鋪設及施工的進度要求。

    目前鋼結構中常用的樓蓋，主要有以下幾種形式：

    （1）壓型鋼板混凝土樓蓋
　　（2）現澆整體混凝土樓蓋
　�。�3）SP預應力空心板樓蓋
　　（4）混凝土疊合板樓蓋

    （5）鋼筋桁架模板（簡稱DT板）
    本文將對這五種常用樓蓋做簡要的對比和分析，并在一個工程實例中對它們的經濟性做一比較。
二、鋼結構中常用樓蓋的類型和特點
    （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在鋼梁上，用焊釘進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時的永久性模板（不拆除），也可作為板的下部受拉鋼筋與混凝土共同工作�！」式M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，其下不設或少量設置臨時支撐。在使用階段兩者有所區別，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生相對滑移，須在壓型鋼板上增加縱向波槽、壓痕或設置橫向抗剪鋼筋等。

　　壓型鋼板混凝土樓蓋的優點：
　　（1）施工時可增強鋼梁側向穩定性，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）可實現多層同時施工作業，加快施工進度。
　　（3）壓型鋼板便于運輸、堆放，安裝方便，不需拆卸，火災危險性小。
    （4）壓型鋼板的凹槽內可鋪設通訊、電力、通風、采暖等管線，節約空間，便于吊頂或不吊頂

    同時，壓型鋼板組合樓蓋也有一些不利的因素：
　　（1）用壓型鋼板后，增加了材料的費用，尤其是鍍鋅壓型鋼板，本身造價較高，需要進行防火處理（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、波形及防腐等參數各個制造商間差異較大，不便于設計選型。
　　（二）現澆整體混凝土樓蓋
　　現澆整體混凝土樓蓋是混凝土結構設計中最常用的一種樓板。它的一些主要優勢是：

    （1）不受房間形狀的限制，便于設備和管道的垂直鋪設。

    （2）和鋼梁共同工作，形成組合梁，減小梁截面的高度。
　　（3）施工工藝簡單，造價低廉，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、高層鋼結構的樓板設計中并不常用，主要是由于以下幾點不利因素：

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

    （4）現場濕作業多，對環境影響較大。
　�。ㄈ�）SP預應力空心板樓蓋
　　SP板是大跨度預應力混凝土空心板，由美國SPANCERETE公司引進；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構的要求。
　　SP板做為樓蓋有以下一些優點：

    （1）抗震性能強；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）外觀尺寸準確，平整度好。由于該板材為機械成形，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，長寬誤差也都均能控制3毫米以內。

    （4）任意切割，不受建筑模數限制。建筑上布局靈活，造型美觀，設計多樣化。

    （5）用鋼量低。該板采用預應力鋼絞線，無分布筋和其它構造筋，其用鋼量少。

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

    （3）跨度大，運輸和吊裝的難度也較普通的預應力圓孔板大，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。在鋪設完現澆層中的鋼筋后澆灌混凝土，當現澆混凝土達到一定的強度時，栓釘連接件使槽口混凝土、現澆層及預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，預制板和現澆層相結合形成疊合板。預制板按照設計荷載配置了承受承受正彎距的受力鋼筋，并伸出板端，現澆層中在垂直于梁軸線方向配置了負彎距鋼筋。負鋼筋和伸出板端的鋼筋（也稱胡子筋）還同時兼作組合梁的橫向鋼筋抵抗縱向剪力。預制板既作為底模承受現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。
　　它的主要優點是：

    （1）具有輕型大跨，預制裝配，快速施工等特點，符合現代結構要求。

　  （2）用預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，增加結構的穩定。

    它的主要缺點是施工工藝較繁瑣，現澆層與預制板見的粘結質量不易保證。

    （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同工作，承受使用荷載。

    主要優點是：

    力學模型簡單、生產機械化程度高；

    減少現場鋼筋綁扎工作量70%左右；

    上下層鋼筋間距及混凝土保護層厚度能得到保證，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；

    它的主要缺點是板的配筋稍有所上升，現階段施工可能會用到一些專用工具，對施工人員要進行一定的培訓方可熟練。

三、鋼結構中常用樓蓋的經濟性比較
　　下面結合某工程的設計，對不同形式樓蓋的經濟性進行了比較。
　�。ㄒ唬┰O計的基本條件
　　某工程位于8度抗震區，二類場地，框架的抗震等級為三級，為五層鋼框架結構主梁采用焊接H形截面；柱采用焊接箱型截面�？蚣艿臋M向和縱向梁柱按剛性連接設計，次梁為H形截面單跨簡支梁。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.結構的樓面恒荷載為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）設計結果
　　在方案階段，對五種不同的樓蓋型式進行比較，找出綜合性能較好的設計方案。為了便于定量的比較不同樓蓋的用鋼量，做了以下兩個規定：1）在用鋼量統計中只考慮鋼柱、鋼梁的重量；2）鋼梁的應力比控制在0.9左右，撓度按L/400控制，鋼柱的應力比控制在0.8左右，并滿足整體、局部穩定性的要求。

用鋼量由大到小依次是：混凝土疊合板樓蓋、現澆混凝土樓蓋、壓型鋼板樓蓋、DT板、SP空心板樓蓋；
四、結束語
　　通過本工程實例對多層輕鋼體系中采用的組合樓蓋的對比和分析，我們可以得出以下一些結論：
　　（1）壓型鋼板非組合樓蓋與組合樓蓋雖然在平米造價上相同，但它沒有考慮和鋼梁的組合效應，使結構中梁的用鋼量較大，增加了造價，在工程應用中并不多見。
　�。�2）壓型鋼板組合樓蓋它考慮混凝土和鋼梁的組合效應，可顯著提高結構的強度和剛度，使梁的撓度減少了約30%，用鋼量減少了約15％，綜合效益好，在工程應用中較為廣泛。
　�。�3） 現澆混凝土樓蓋用鋼量與壓型鋼板樓蓋相當，但它的造價卻約占壓型鋼板樓蓋造價的58％，且施工工藝簡單，適用于樓蓋開洞較多，施工工期較長的工程。
　�。�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％，造價節約15％，不需支模，施工速度快，在多層輕型房屋鋼結構（包括輕鋼住宅）中將有廣闊的應用前景。
　�。�5） 混凝土疊合板樓蓋既有現澆混凝土的優勢，又有預制板快速裝配的特點，用鋼量與現澆板相同，造價是壓型鋼板樓蓋的72%，但存在濕法作業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構的強度和剛度，使得次梁的間距加大數量減少。梁的撓度減少了約30%，用鋼量減少了約13％，綜合效益顯著，在工程應用中較為廣泛。

     總之，以上各樓蓋有著各自不同優勢和特點，選型時應根據工程的使用功能、受力特點、施工進度及經濟性要求等綜合考慮各種因素，力求樓蓋結構方案安全、適用及合理。

參考文獻：

[1]《鋼結構設計規范》GB50017-2003;

[2]《高層民用建筑結構技術規程》JGJ99-98;

[3]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010;

[4]聶建國等.《鋼與混凝土組合結構》.中國建筑工業出版社.2005

[5]胡少偉.《鋼混凝土組合結構》.黃河水利出版社.2002

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)