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钢筋桁架组合楼板的研究成果及应用案例

发布时间:2021/04/12 点击量:
近年来,我国大力提倡装配式建筑,钢结构以其轻质高强,抗震性能优异,易加工,标准化程度高,越来越多被应用到装配式建筑中。伴随钢结构装配式建筑发展起来的钢筋桁架组合楼板也受到工程界的关注。钢筋桁架组合楼板是将钢筋加工成钢筋桁架,与镀锌板通过点焊形成整体。在施工阶段,无需支模就可以承受混凝土自重及施工荷载的组合宝马娱乐在线112222。在使用阶段,钢筋桁架的上、下弦钢筋作为混凝土楼板的受力筋,与混凝土共同承受使用荷载,钢筋桁架组合楼板构造如图1所示。
 
钢筋桁架组合楼板构造图
图1 钢筋桁架组合楼板构造图
 
钢筋桁架组合楼板作为一种新型的楼板结构形式,它是在钢筋桁架叠合板和压型钢板组合楼板的基础上发展而来的。这种楼板结构克服了叠合板自重大,吊装运输困难,需要分期养护的缺点,也避免了压型钢板组合楼板现场钢筋绑扎工作量大,施工荷载小,钢板防腐要求高的弊端,它是一种集叠合板与压型钢板组合板优点于一身的新型楼板结构形式。
 
钢筋桁架组合楼板具有工业化程度高、施工速度快、受力性能好、经济效益好、楼板施工质量高的特点。近年来随着装配式建筑的发展,钢筋桁架组合楼板受到工程界极大关注。本文对钢筋桁架组合楼板的研究成果及应用案例作了梳理,并提出了钢筋桁架组合楼板研究的探索性建议。
 
一、钢筋桁架组合楼板的研究现状
 
1、现有规范情况
 
目前,我国还没有钢筋桁架组合楼板相关的强制性规范,现有的推荐型规范只定性地给出一些引导性的建议。文献将钢筋桁架组合楼板作为组合楼板的一种进行了阐述。该标准认为:在施工阶段,钢筋桁架组合楼板要分别考虑钢筋桁架的荷载效应与底模的荷载效应,即分别考虑施工荷载全部由桁架承担和全部由底板承担;在使用阶段,钢筋桁架组合楼板只有弦杆参与受力,不考虑腹杆和底板的作用。这种假定存在两个问题:①钢筋桁架并不是理想的桁架,在施工阶段将其简化为理想桁架,存在很大的误差;②使用阶段不考虑腹杆和底板的作用,使设计偏于保守。文献对钢筋桁架的生产和验收作了规定。该标准只是从生产工艺的角度给出了施工阶段钢筋桁架的最大跨度值,并没有给出跨度限值的依据,但该标准极大促进了钢筋桁架组合楼板在实际工程的应用。
 
2、钢筋桁架组合楼板的理论研究
 
浙江大学童根书等是国内最早研究钢筋桁架楼板的学者。在施工阶段,钢筋桁架简化为斜腹杆与上下连续弦杆铰接的模型,如图2所示。由于镀锌钢板距下弦杆25mm,且镀锌钢板仅与下弦杆点焊连接,该模型未考虑镀锌钢板对钢筋桁架的作用。在使用阶段,将镀锌钢板换算成钢筋和弦杆共同参与受力,由于组合楼板在自重作用下的变形在混凝土固化的过程中已经稳定,使用阶段挠度值为活荷载产生的挠度值。试验表明:正常使用状态下钢筋桁架组合楼板的附加挠度很小,楼板的变形主要靠施工阶段控制。此外,镀锌钢板可以改善楼板的受力性能,延缓楼板的开裂。
 
钢筋桁架简化计算模型
图2 钢筋桁架简化计算模型
 
合肥工业大学陈安英等对钢筋桁架组合楼板进行研究,试验选用长度3.4m的有镀锌钢板的钢筋桁架组合楼板和无镀锌钢板的钢筋桁架组合楼板进行了承载力对比分析。在使用阶段,采用两点对称加载。在弹性阶段,镀锌钢板对钢筋桁架组合楼板的影响不大。进入弹塑性阶段,无镀锌钢板的钢筋桁架楼板的跨中挠度增速明显快于有镀锌钢板的钢筋桁架组合楼板。有镀锌钢板的钢筋桁架组合楼板较无镀锌钢板的钢筋桁架楼板的开裂弯矩、屈服弯矩及极限弯矩分别提高了117.6%、84.5%、61.5%。对施工阶段钢筋桁架的刚度进行研究,研究表明在施工荷载作用下施工挠度满足要求。
 
重庆大学姚刚等运用有限元AppMidas对倾斜钢筋桁架楼板的受力性能进行了实际工程分析,该有限元模型以斜墙钢筋桁架宝马娱乐在线112222为背景,对跨度为2000mm,桁架高度为125mm,板厚度为150mm,倾斜角度为60°的宝马娱乐在线112222进行了有限元模拟。分析结果表明:桁架的最大应力为199.97MPa,远小于设计值360MPa。最大挠度2.12mm<L/180且小于20mm,满足规范要求。屈服临界荷载系数24.3,远大于混凝土设计规范规定的3~5,桁架中上下弦钢筋的比率基本处于0.55~0.65,研究结果验证了钢筋桁架组合楼板作为斜承板的可行性。
 
二、钢筋桁架组合楼板的应用
 
1、超厚楼板中的应用
 
中国国家博物馆是具有国际先进水平的国家级博物馆,不仅对空间要求高,对声光等物理特性也要求苛刻。该工程大量采用钢筋桁架组合楼板结构,满足跨度大,净空高,支模不便的施工要求。该工程标高为21m的中央大厅上方展览厅楼盖,为了满足声学要求,楼板设计厚度达300mm,如此厚的楼板完全超出了压型钢板组合楼板的适用范围,采用支模现浇费时费力。由于钢筋桁架组合楼板可以根据不同的楼板厚度,选用不同高度的钢筋桁架,钢筋桁架组合楼板可以适用不同厚度的楼板。采用钢筋桁架组合楼板结构后,不仅解决了声学特性问题,而且完全满足承载力要求,节省大量的工程成本。
 
2、高挑结构中的应用
 
当代MOMA工程位于北京东二环核心腹地,有北京国门地标之称。该工程中有5个造型各异的高空悬挑楼,悬挑楼底层距地面34~53m,层数3~5层,挑出长度达25.6m,悬挑楼高度达16.5m。由于该工程中悬挑的高度和长度都非常大,如果采用正常的模板支撑,不仅工程量大,难度高,而且安全隐患大。若采用压型钢板组合楼板,无法满足设计对楼板厚度要求。采用钢筋桁架组合楼板不仅可以省去大量的模板支撑,而且可以大大减少现场钢筋绑扎,提高工程进度,节约工程成本。经过各方论证,采用TD5-120钢筋桁架组合楼板。
 
3、节省工期的应用
 
上海世博会中国馆高度接近70m,钢结构首层距地面高度33.3m,首层之后层叠出挑,呈拱斗状,该工程楼板跨度3.6m,原设计为普通双层双向现浇混凝土楼板,原定工期为7个月。由于该工程工期紧,采用传统的施工工艺不仅费时费力,而且施工成本高,技术难度大。后来采用钢筋桁架组合楼板结构,施工周期从原来的的7个月缩短至3个月,为世博会争取了宝贵的时间。
 
展望
 
钢筋桁架组合楼板作为一种新型的楼板结构形式,其标准程度化高,施工简单,工业水平高,抗震性能好,既可以满足国家大力提倡的建筑产业化要求,又可以适用不同类型的楼板形式。钢筋桁架组合楼板在以下方面还应进一步研究。
 
1)钢筋桁架组合楼板受力性能不同于一般的现浇楼板,随着楼板厚度增加区别更加明显,对钢筋桁架组合楼板的抗剪性能的研究还比较少。
 
2)超厚钢筋桁架组合楼板自重大,若采用空心楼板形式,可以大大改善其受力状况,也可以产生可观的经济效益,对空心钢筋桁架组合楼板力学性能的研究还很少见。
 
3)目前对施工阶段的研究仅限于钢筋桁架组合楼板的施工阶段挠度是否满足规范要求,而对钢筋桁架腹筋的失稳问题研究较少。
 
编辑概况:王勃(1972-),男,吉林长春人,博士研究生,主要从事复合材料在土木基础设施中的应用研究。
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