闭口型楼承板在多高层钢结构中的应用.docx

闭口型楼承板在多高层钢结构中的应用尹晓东 鞍山东方钢结构有限公司近年来，随着高层建筑的发展，钢混凝土组合板日益得到推广和应用。所谓的组合板是充分利用钢材和混凝土的材料和结构特点联合成为一整体而共同工作的一种结构形式。模板在施工阶段承受施工荷载，在使用阶段与混凝土共同工作，承受使用荷载。目前使用较多的是压型钢板组合板。压型钢板组合板是一种十分合理的结构形式，它能够按其各组成部件所处的位置和特点，充分发挥钢材抗拉和混凝土抗压性能好的优点，并具有良好的抗震性能、施工性能。这种结构目前被广泛应用于国内外建筑中，但在国内，大都将压型钢板当作模板使用，而没有充分发挥压型钢板的作用。 与普通钢筋混凝土楼板相比，压型钢板组合楼板具备以下优点：压型钢板可以作为现浇混凝土的永久模板。这样就省掉了施工中安装和拆除模板等工序，从而节省了时间和劳动力；当压型钢板安装好以后将可以作为施工平台使用。同时由于不必使用临时支撑，也不影响下一层施工平面的工作；压型钢板可以作为楼板的底筋使用，减少了安装板筋的工作量；根据压型钢板的不同截面形状，最多可以减少30%的楼板混凝土用量。减少的楼板自重又可以相应的减少梁、柱和基础的尺寸，提高了结构的整体性能；压型钢板的肋部可以放置水电管线，从而使结构层与管线合为一体，间接地加大了层高或降低了建筑高度，给建筑设计带来灵活性；在施工阶段，压型钢板可作为钢梁的连续侧向支撑，提高了钢梁的整体稳定承载力；在使用阶段，提高了钢梁的整体稳定性和上翼缘的局部稳定性。以上几个优点都可以相当大程度地缩短施工时间，取得良好的经济效益。鞍山东方钢结构有限公司致力于组合板的开发和推广，公司在开口型和缩口型钢承板的基础上独立研制的具有自主知识产权的新型闭口楼承板(DFLCB-54,见图一)，该板型板底翼板相连，腹板贴合，用于钢-混组合结构楼板中，具有50%钢板截面积握裹在混凝土里面，从而具有更优越的结构断面性质和耐火性能。因此，相对于其它压型钢板，更适合用于钢-混凝土组合结构楼板体系，其主要优势阐述如下：图一：组合楼板截面 图1：鞍山东方钢结构有限公司闭口压型板剖面一、DFLCB-54楼承板与普通开口板相比板型截面优势1该板型板底平整、腹板贴合，可根据各种房间的不同功能和需要提供多种板底天花处理方式。如直接喷漆可做成企口型天花板（状似铝扣板）、也可披刮腻子后涂刷水性涂料做成平板天花板、还可直接贴壁布或壁纸装饰成彩色天花板或利用DFLCB-54独特的卡槽悬吊系统安装吊顶。而能更经济地满足业主的审美需要。2DFLCB-54楼承板截面重心距板底16mm左右，小于开口型或缩口型截面参数，按塑性理论分析组合楼板结构承载力时，混凝土压力合力中心与钢板拉力合力中心具有更大的内力臂，这表示材料强度发挥更充分，因此DFLCB-54组合楼板具有更大的结构承载力或者说具有更高的安全系数。3DFLCB-54楼承板能够完全替代楼板中正弯矩受拉钢筋而且无须喷刷防火涂料即可达到1.5小时的耐火时效。4DFLCB-54楼承板每延米43个肋角使混凝土对楼承板的握裹力更强，组合楼板达到真正的组合作用。5DFLCB-54楼承板组合楼板能够减小楼板厚度，增大净空高度。采用开口楼承板，最小板厚需126mm，而采用该板型最小只需104mm。6DFLCB-54楼承板独特的卡槽悬吊系统能为建筑物板底机电管道安装提供方便，该系统无需在板底打眼或预埋铁件，只需轻松将两只卡片插入板底沟槽内，便可提供200kg吊重吊点，拆卸也很方便。二、DFLCB-54楼承板与普通开口板相比安装技术优势1DFLCB-54楼承板严格按照设计铺板图在工厂加工，排板顺序均已编号，现场施工无需切割和补板，方便于钢构公司现场安装。2DFLCB-54楼承板板宽统一为555mm，排板时只需按跨距顺排，与钢梁顺接时，由于板底平整，有足够与钢梁实接面积。因此不用处理可直接铺过去（开口板因要避免与钢梁虚搭而需切割补板）。3开口板在端口处应封堵板，以免浇筑混凝土进从板底开口漏浆，而DFLCB-54楼承板因腹板闭合而不用端头堵板。4DFLCB-54楼承板因板底平整，无论与钢梁横搭还是顺搭，均能与钢梁上翼板充分结合，因此钢梁上翼板顶面无需喷防火涂料。而开口型钢承板与钢梁之间具有空洞，需做肩塞补满空洞。5DFLCB-54楼承板完全替代下层钢筋，减少现场钢筋制作量，可减轻现场劳动量，加快施工速度。同时取消原设计下层钢筋，可为楼板中铺设电线套管提供更大空间。三、综合成本比较分析采用DFLCB-54楼承板与开口型钢承板组合楼板相比，可以取消板底防火涂料，完全替代下层钢筋，并可减薄楼板厚度，节省混凝土用量，DFLCB-54楼承板独特的悬吊系统还可节约机电管道安装成本。另外由于上述优势可明显加快加工速度，缩短工期。因此，采用DFLCB-54楼承板一方面可降低工程直接成本，另一方面又可降低工程管道费用。由于DFLCB-54具有以上诸多优势，为进一步了解它的力学性能并尽快将其推向市场，公司委托清华大学土木工程系设计了22块试件，并在沈阳建筑工程学院土木工程系结构试验室进行了极限承载力的试验，得到了非常理想的结果。通过试验及理论分析得到如下结论：（1）此种类型的压型钢板与混凝土粘结能力很好。（2）横向抗剪钢筋能大大提高压型钢板与混凝土的粘结作用，使组合板的抗剪能力提高很大，但对抗弯能力的提高不是很大。（3）试验表明，板的极限承载力3.12，正常使用时的承载力1.76，具有较高的承载能力。（4）抗剪极限承载力大于理论计算结果，抗剪能力满足要求。（5）此种类型的压型钢板承载力满足设计要求，延性较好，并具有较大的强度储备，有很好的推广应用价值。基于以上的实验及研究,鞍山东方钢结构有限公司设计研究所在辽宁省锦州监狱搬迁工程及沈阳监狱搬迁工程中的十余万平方米的楼面设计中采用了该板型的组合楼板，受到了业主及监理工程师的好评，为使读者更深入地了解该板型及组合板的计算，现做一算例如下：组合楼板设计算例：板跨l=3m，压型钢板厚度1.0mm，组合楼板厚度110mm，组合楼板宽b580mm，压型钢板屈服强度310Mpa，混凝土强度等级C30，其他恒载（面层，吊挂等）2，按简支组合楼板设计如下：施工阶段设计：压型钢板截面惯性矩（），型心距板底16mm施工阶段恒载：楼板自重 0.11*242.64 施工活荷载： 1.5施工阶段荷载设计值：1.2恒1.4活1.2*2.64+1.4*1.55.27施工阶段荷载标准值：1.0恒+1.0活1.0*2.64+1.0*1.54.14施工阶段压型钢板强度验算：弯矩3.44最大弯曲拉应力最大完全压应力289压型钢板强度满足施工要求施工阶段压型钢板刚度验算：27.3mm压型钢板刚度不满足施工要求，需在跨中加一排临时支撑（要求不大于l/180或20mm）使用阶段设计：使用阶段恒载：楼板自重 0.11*242.64 面层、吊挂等 2使用活荷载： 3使用阶段荷载设计值：1.2恒1.4活1.2*4.64+1.4*39.77使用阶段荷载标准值：1.0恒+1.0活1.0*4.64+1.0*37.64跨中设计弯矩6.37极限承载力： 32.6mm19.446.37极限承载力满足使用要求使用阶段挠度验算：未开裂截面中和轴到组合板顶面距离未开裂截面惯性矩开裂截面中和轴到组合板顶面距离，为含钢率，开裂截面惯性矩组合板截面平均惯性矩，都折算成钢截面思路是把混凝土等效成钢材，组合楼板换算截面的惯性矩可取开裂截面的惯性矩和未开裂截面的惯性矩的算术平均值。当考虑在长期荷载下，混凝土徐变引起的影响，可把换成再套以上公式计算一次。通过以上公式计算，使用阶段组合楼板的挠度是5.33mm，小于，满足使用阶段的挠度要求。组合楼板的自振频率：13.3Hz规程规定组合楼板自振频率大于15Hz，此规定比较严格，参考国外相关规范，如加拿大国家建筑法规（National Building Code of Canada,NBC）中，就建议轻型的住宅楼、学校、会堂、健身房和其他类似建筑的楼盖自振