現(xiàn)澆樓板在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用分析

李憲杰

(中國(guó)鐵建房地產(chǎn)集團(tuán)有限公司，北京 100855)

1 工程應(yīng)用實(shí)例

某工程總建筑面積23 050 m2，地下2層，建筑面積為8 030 m2，地上11層，建筑面積為15 020 m2。地下2層為全現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，地下1層為勁性結(jié)構(gòu)，地上為高層全鋼框架結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)柱梁節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)均使用全螺栓連接(當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)柱梁節(jié)點(diǎn)有全焊、全螺栓、栓焊混合三種剛性連接形式，全焊連接強(qiáng)度好，高強(qiáng)螺栓施工速度快)。此工程鋼結(jié)構(gòu)框架樓板總面積約13 000多平方米，原設(shè)計(jì)為混凝土疊合板，做法為80 mm厚鋼筋混凝土預(yù)制板作為基礎(chǔ)板，板頂做成凹凸差不小于4 mm的粗糙面，板上部甩筋，然后在施工現(xiàn)場(chǎng)將基礎(chǔ)板吊裝支撐在梁頂焊有栓釘剪力連接件的鋼梁上，當(dāng)疊合現(xiàn)澆層內(nèi)的鋼筋綁扎完成后，將板面清洗干凈刷水泥漿或刷界面劑，然后澆灌40 mm厚強(qiáng)度等級(jí)為C35混凝土，形成整體混凝土疊合板。我公司對(duì)其樓板選型進(jìn)行了認(rèn)真分析，提出了將疊合樓板改為全現(xiàn)澆樓板的建議，得到了設(shè)計(jì)、監(jiān)理和業(yè)主的一致認(rèn)可，該工程樓板類(lèi)型的優(yōu)選，取得了較好的工程收益。

2 組合樓板與現(xiàn)澆樓板比選分析

組合樓板主要有混凝土疊合板和壓型鋼板混凝土組合樓板兩種形式，下面將組合樓板和現(xiàn)澆樓板進(jìn)行比選分析。

2.1 混凝土疊合板樓板

混凝土疊合板樓板是將預(yù)制板作為結(jié)構(gòu)樓板的一部分，又作為疊合現(xiàn)澆層的模板，當(dāng)現(xiàn)澆混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度時(shí)，栓釘連接件使槽口混凝土、現(xiàn)澆層及預(yù)制板與鋼梁連成整體共同工作，形成鋼梁—混凝土疊合板組合梁，預(yù)制板和現(xiàn)澆層相結(jié)合形成疊合板。經(jīng)分析原設(shè)計(jì)方案存在的問(wèn)題有:

1)預(yù)制基礎(chǔ)板分為有支撐板和無(wú)支撐板，原設(shè)計(jì)方案為無(wú)支撐板，從設(shè)計(jì)上需要對(duì)疊合構(gòu)件做二階段受力分析，以滿足施工階段和使用階段承載強(qiáng)度，當(dāng)驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，需增加基礎(chǔ)板厚度或加大配筋，無(wú)疑將增加工程造價(jià)，加大施工難度。

2)無(wú)支撐疊合板雖然施工簡(jiǎn)便，但從設(shè)計(jì)角度來(lái)看二階段受力分析復(fù)雜，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件一般不能支持直接計(jì)算疊合板二階段受力強(qiáng)度，在較大的工程中使用時(shí)，設(shè)計(jì)驗(yàn)算將會(huì)比較繁瑣、困難，也因此可能會(huì)出現(xiàn)安全隱患或成本增加的風(fēng)險(xiǎn)。

3)原設(shè)計(jì)圖紙中預(yù)制基礎(chǔ)板的鋪向?yàn)橥粋€(gè)方向，這樣會(huì)造成承重梁與非承重梁的受力不均勻，且板邊與非承重梁連接薄弱，達(dá)不到剛性連接，從而降低了結(jié)構(gòu)的整體性。

4)鋼結(jié)構(gòu)中的柱梁翼緣連接為全螺栓連接，由于柱牛腿長(zhǎng)度450 mm，高強(qiáng)螺栓帽高度35 mm，致使預(yù)制基礎(chǔ)板不能鋪到柱邊，成了施工的重要難題，如果在牛腿及柱子范圍內(nèi)均做全現(xiàn)澆板，就需要增加模板及模板支撐，加大了施工難度，且現(xiàn)澆板與預(yù)制板接合處存在裂縫隱患，見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)制基礎(chǔ)板鋪設(shè)剖面示意圖

5)該工程管道井內(nèi)管道設(shè)計(jì)較密，預(yù)制板開(kāi)洞后會(huì)削弱疊合基礎(chǔ)板的剛度和最終承載力，從而增加支撐費(fèi)用，且不易加固。

6)每塊預(yù)制基礎(chǔ)板重量在0.3 t左右，安裝時(shí)需要起重機(jī)械，現(xiàn)場(chǎng)的起重機(jī)械主要用于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的吊裝，如果同時(shí)用來(lái)吊裝每層近1 000塊的預(yù)制基礎(chǔ)板，需要占用較多的吊次，根據(jù)核算，現(xiàn)場(chǎng)的起重機(jī)械將滿足不了施工進(jìn)度需求。

7)預(yù)制基礎(chǔ)板的水平運(yùn)輸主要由人工操作，由于單塊板重量較大，無(wú)疑加大了施工難度，且操作也不安全，存在諸多的安全質(zhì)量隱患。

8)疊合板易在板縫結(jié)合處出現(xiàn)裂縫，且在修復(fù)后還會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，容易造成用戶對(duì)工程質(zhì)量的誤解。

2.2 壓型鋼板混凝土組合樓板

壓型鋼板混凝土組合樓板是將壓型鋼板鋪設(shè)在鋼梁上，在壓型鋼板和鋼梁翼緣板之間用圓柱頭焊釘作為連接件進(jìn)行穿透焊接(或采用其他連接件)，然后澆筑混凝土形成組合樓板。簡(jiǎn)單地說(shuō)，壓型鋼板就是一種永久性的模板，合理設(shè)計(jì)后，不需要設(shè)置臨時(shí)支撐，在施工階段由壓型鋼板承受混凝土板重量和施工荷載。隨著技術(shù)的發(fā)展，壓型鋼板的種類(lèi)越來(lái)越多，有開(kāi)口式、閉口式、自承式等多種形式，目前使用較為普遍的為開(kāi)口式(節(jié)點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖2，圖3)，它和混凝土組合通過(guò)兩種材料的特性使其共同工作，發(fā)揮出良好的受力性能及變形能力，形成較好的樓板體系。如果選用壓型鋼板組合樓板，對(duì)建筑物也有一些不利的因素:

1)從設(shè)計(jì)角度講，壓型鋼板與混凝土之間的粘結(jié)作用是保證二者共同工作的基礎(chǔ)，它對(duì)樓板的破壞形態(tài)、承載力、剛度和變形等計(jì)算理論影響較大?，F(xiàn)行有關(guān)方法在計(jì)算壓型鋼板—混凝土組合樓板的撓度變形時(shí)，忽略了壓型鋼板與混凝土板之間的相對(duì)滑移，從而導(dǎo)致其變形計(jì)算值偏低，偏于不安全。

2)由于壓型鋼板混凝土樓板實(shí)際的折算板厚較小，雖然樓板自重較小，但樓板的面內(nèi)、面外剛度較弱，不能較好的將水平地震力按側(cè)移剛度均勻地傳遞給抗側(cè)力構(gòu)件，造成結(jié)構(gòu)的抗震性能較弱。

圖2 壓型鋼板組合樓板縱向連接構(gòu)造示意圖

圖3 壓型鋼板組合樓板橫向支撐構(gòu)造示意圖

3)同混凝土疊合樓板一樣，壓型鋼板布板一般也是按同一個(gè)方向?qū)嵤?，同樣?huì)造成承重梁與非承重梁的受力不均勻，且板邊與非承重梁連接薄弱，從而降低了結(jié)構(gòu)的整體性，也最終降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4)選用壓型鋼板，將會(huì)增加材料費(fèi)用，尤其是鍍鋅壓型鋼板，本身造價(jià)較高，而且需要進(jìn)行防火處理。

5)樓板中增加壓型鋼板，樓層凈高會(huì)有少量的降低。

6)壓型鋼板板厚較薄時(shí)，固然省材料，但其剛度降低，不能滿足代替施工模板的功能，需增加支撐或減小板跨，加大了成本投入;如果壓型鋼板板厚較厚時(shí)，板跨變大了，也可省略支撐，但是板的造價(jià)增加后同樣不太經(jīng)濟(jì)。

7)壓型鋼板種類(lèi)較多，生產(chǎn)廠商都有各自的一套技術(shù)資料，選型繁瑣，給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)不便。

2.3 現(xiàn)澆混凝土樓板

現(xiàn)澆混凝土樓板是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的一種樓板，也是設(shè)計(jì)及施工人員最為熟悉的一種結(jié)構(gòu)形式。雖然它也存在濕作業(yè)多、現(xiàn)場(chǎng)凌亂、需要傳統(tǒng)的模板支撐系統(tǒng)等缺點(diǎn)，但是它在本工程實(shí)例中的應(yīng)用體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì):

1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板具有整體性好、水平剛度大的優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，不但可消除滑移、散落問(wèn)題，還可增加房屋的整體性。較強(qiáng)的樓板水平剛度使水平內(nèi)力傳遞具有良好的條件，平面上，當(dāng)上下墻體不對(duì)齊時(shí)，現(xiàn)澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用。因此，采用現(xiàn)澆樓板是一種較好的增強(qiáng)樓房結(jié)構(gòu)空間剛度和整體穩(wěn)定性的方法。

2)現(xiàn)澆樓板整體澆筑成型，適用于整體性要求較高的建筑物或有管道穿過(guò)樓板或尺度不符合模數(shù)要求的房間。

3)相對(duì)于壓型鋼板混凝土樓板，現(xiàn)澆樓板減少了用鋼量，且結(jié)構(gòu)耐火性能好，同樣發(fā)生火災(zāi)后，現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)受到的損傷較小，也容易修復(fù)使用。

4)施工工藝簡(jiǎn)單，取材方便，造價(jià)低廉，適用范圍廣，質(zhì)量控制有完備的技術(shù)措施。

5)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留洞口方便，不受多重因素限制，便于設(shè)備和管道的垂直鋪設(shè)。

6)由于現(xiàn)澆樓板密實(shí)度好，抗?jié)B性能強(qiáng)，一般可以避免樓板向下滲水的現(xiàn)象。

7)由于現(xiàn)在都采用清水模板施工，拆模后板底光滑平整，美觀整潔，便于裝修。

根據(jù)以上對(duì)比分析，現(xiàn)澆混凝土樓板與另外兩種組合樓板相比，現(xiàn)澆混凝土樓板有著整體性好、抗震能力強(qiáng)、易于安全防護(hù)、施工速度快、質(zhì)量控制有完備的技術(shù)措施等優(yōu)點(diǎn)，并且能較好的解決某工程原設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谑┕r(shí)出現(xiàn)的重要難題。通過(guò)比選分析，該工程選用了現(xiàn)澆混凝土樓板，節(jié)約了工程成本，取得了良好的工程效益。以某工程為例，對(duì)以上樓板進(jìn)行施工和成本的比較分析(見(jiàn)表1)。

表1 現(xiàn)澆樓板與組合樓板比較表

3 鋼結(jié)構(gòu)工程中現(xiàn)澆樓板施工注意事項(xiàng)

現(xiàn)澆混凝土樓板需要現(xiàn)場(chǎng)支模、扎筋、澆灌混凝土等施工程序，工序繁多，除了做好現(xiàn)澆混凝土樓板質(zhì)量通病的防治外，還應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特點(diǎn)做好施工方案優(yōu)化，以下是某工程中可供借鑒的一些做法:

1)根據(jù)“工”字鋼梁特點(diǎn)，改進(jìn)了傳統(tǒng)的模板支撐系統(tǒng)，將符合跨度要求的樓板省去了豎向支撐體系，有效的減少了支模拆模的繁瑣工序，加快了施工進(jìn)度，減少了周轉(zhuǎn)料用量。小跨度樓板底面支設(shè)模板示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 小跨度樓板底面支設(shè)模板示意圖

2)由于混凝土樓板邊模容易出現(xiàn)脹模，對(duì)邊模的支設(shè)進(jìn)行了研究，根據(jù)需要制定了三角形支架，三角支架的應(yīng)用減少了模板重復(fù)支設(shè)，加快了施工進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量(見(jiàn)圖5)。

圖5 混凝土樓板邊模支設(shè)

圖6 樓板混凝土成型效果

3)針對(duì)個(gè)別樓板跨中出現(xiàn)反拱現(xiàn)象，我公司在次龍骨搭接處設(shè)主龍骨，并嚴(yán)格控制龍骨的懸挑長(zhǎng)度。

4)將模板周邊設(shè)通長(zhǎng)邊龍骨，并在鋼梁翼緣下部粘貼密封條，有效避免了混凝土樓板與鋼梁上翼緣錯(cuò)臺(tái)、板與鋼梁拼縫處漏漿現(xiàn)象(見(jiàn)圖6)。

4 工程效益和社會(huì)效益

經(jīng)過(guò)對(duì)樓板的比選分析，結(jié)合某工程實(shí)際情況，最后各參建方達(dá)成一致意見(jiàn)，選用了現(xiàn)澆混凝土樓板?，F(xiàn)澆混凝土樓板有著整體性好、抗震能力強(qiáng)、易于安全防護(hù)、施工速度快、質(zhì)量控制有完備的技術(shù)措施等優(yōu)點(diǎn)。該鋼結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)澆樓板的選用，打破了鋼結(jié)構(gòu)工程中的結(jié)構(gòu)樓板一般選用壓型鋼板混凝土組合樓板的常規(guī)，解決了原設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谑┕r(shí)出現(xiàn)的難題，并且在施工時(shí)，我公司成立了QC質(zhì)量控制小組，對(duì)現(xiàn)澆樓板容易在鋼結(jié)構(gòu)工程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題制定了相應(yīng)的保證措施，經(jīng)過(guò)質(zhì)量小組嚴(yán)格的過(guò)程控制，質(zhì)量通病得到了有效的防治，施工質(zhì)量良好，得到了各界的一致認(rèn)可?，F(xiàn)澆樓板在鋼結(jié)構(gòu)中的成功應(yīng)用，是當(dāng)時(shí)技術(shù)上的創(chuàng)新和施工節(jié)能的體現(xiàn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，當(dāng)?shù)氐牧硗庖粋€(gè)類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)工程的樓板設(shè)計(jì)也借鑒了些成功案例，采用了現(xiàn)澆樓板體系。

［1］ 趙鴻鐵，張素梅.組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［2］ 朱聘儒.鋼—混凝土組合梁設(shè)計(jì)原理［M］.第2版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［3］ GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ GB 50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.