適用于多,、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的組合樓板體系綜述

葛　杰　馬榮全　苗冬梅　白　潔

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司工程研究院， 上?！?00122)

摘　要：針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅主要采用的幾種樓蓋體系進(jìn)行介紹,，重點(diǎn)闡述多種組合樓蓋體系的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和承載性能，分析各種組合樓蓋體系的各自主要優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn),，為多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇提供借鑒和建議,。

關(guān)鍵詞：組合樓蓋；樓蓋體系,；鋼結(jié)構(gòu)住宅,；混凝土疊合板

DOI:10.13206/j.gjg201510005

ABSTRACT：Several floor systems used in multi-storey and high-rise steel structure residential building were introduced. Combined with the structures and bearing capacity of various composite floor systems, the main advantages and disadvantages as well as the application features of various composite floor systems were introduced in detail. Some references and advices for the selection of the floor systems were given.

收稿日期：2015 - 05 - 04

AN OVERVIEW OF COMPOSITE FLOOR SYSTEM FOR MULTI-STOREY AND HIGH-RISE STEEL STRUCTURE RESIDENCE

Ge Jie　Ma Rongquan　Miao Dongmei　Bai Jie

(China Construction Eighth Engineering Division Co. Ltd, Shanghai 200120,China)

KEY WORDS：composite floor； floor system,； steel structure residence; concrete composite slabs

第一作者：葛杰,，男,，1977年出生，工學(xué)博士,。

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0　引　言

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排,、可持續(xù)發(fā)展的建筑產(chǎn)業(yè)化政策號(hào)召，鋼結(jié)構(gòu)建筑得到迅速發(fā)展,。鋼結(jié)構(gòu)住宅是綠色低碳建筑,，其發(fā)展有利于加快我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅的集約化和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),，進(jìn)一步推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)住宅發(fā)展,，鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的研究需要快速推進(jìn)。在鋼結(jié)構(gòu)住宅體系中,，樓蓋體系占據(jù)重要的地位,，樓蓋體系的研發(fā)及其合理應(yīng)用將影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度和工程造價(jià)[1 - 3]。因此,，為推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展,，分析現(xiàn)階段多、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓蓋體系的特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀具有十分重要的意義,。本文介紹了我國(guó)現(xiàn)階段多,、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅主要采用的樓蓋體系，特別是具有廣泛應(yīng)用前景的組合樓板體系,，分析其各自承載性能和經(jīng)濟(jì)性,，可為多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓蓋形式的選擇提供借鑒和建議。

1　壓型鋼板 - 混凝土組合樓板

通?，F(xiàn)澆混凝土樓板在施工時(shí)需要在樓板底部設(shè)置支撐模板,，層層澆筑混凝土，施工速度慢,，且較為繁瑣,。為適應(yīng)多、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅主體結(jié)構(gòu)施工速度快的特點(diǎn),，克服現(xiàn)澆混凝土樓板逐層澆筑,，施工速度慢的缺點(diǎn)，壓型鋼板應(yīng)運(yùn)而生,。壓型鋼板根據(jù)其使用功能不同分為兩類：一類是僅供樓板施工澆筑混凝土做模板用的壓型鋼板,；另一類是壓型鋼板除了做施工模板之外，在使用階段還兼做混凝土樓板的受力鋼筋,，即組合樓板,。

壓型鋼板 - 混凝土組合樓板是在20世紀(jì)30年代末在美國(guó)發(fā)展起來(lái)的，多用于高層建筑[4],。我國(guó)對(duì)于壓型鋼板組合樓板的研究和應(yīng)用相對(duì)于歐,、美,、日較晚。壓型鋼板 - 混凝土組合樓板采用壓型鋼板作為澆筑混凝土的永久性模板,，并起到跨中受拉鋼筋的作用,，即壓型鋼板和混凝土樓板共同工作。

1.1 壓型鋼板的主要形式

用于多,、高層鋼結(jié)構(gòu)樓蓋結(jié)構(gòu)的壓型鋼板的形式如圖1所示[5],。其中，圖1a是最為常見的普通型壓型鋼板,，這種壓型鋼板制作,、運(yùn)輸、施工都很方便,，但與混凝土的黏結(jié)性不是很好,，在組合樓板中一般不單獨(dú)使用，單獨(dú)使用時(shí)只作為模板,。圖1b為緊扣型或縮口型壓型鋼板,，克服了普通壓型鋼板的缺點(diǎn)，大大增強(qiáng)了壓型鋼板與混凝土的黏結(jié)作用,。為進(jìn)一步改善壓型鋼板在受力時(shí)的局部穩(wěn)定問(wèn)題,，將壓型鋼板上、下翼緣做成帶皺褶的形式,，如圖1c所示,。為增強(qiáng)壓型鋼板板面與混凝土的黏結(jié)作用，可在壓型鋼板上設(shè)置壓痕形成齒槽的形式,，如圖1d所示。

a—普通型,；b—緊扣型,；c—皺褶型；d—齒槽型,。
圖1　壓型鋼板的主要形式

我國(guó)多采用普通型和緊扣型壓型鋼板,，皺褶型和齒槽型在國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用，但其在國(guó)外生產(chǎn)和應(yīng)用得更為廣泛,。壓型鋼板常采用冷軋鍍鋅鋼板制作,，組合樓板用的壓型鋼板厚度一般在1.0 mm以上。

1.2　壓型鋼板與混凝土的連接

壓型鋼板與混凝土之間的組合作用是通過(guò)二者接觸面的連接處理形成的,，利用該接觸面的表面處理抵抗其與混凝土疊合面之間的縱向剪力和垂直掀起力,，保證壓型鋼板與混凝土板共同工作。組合板的連接形式[5]一般可分為4種,，見圖2,。

a—形式1,；b—形式2；c—形式3,；d—形式4,。
圖2　組合樓板的連接形式

圖2a是通過(guò)壓型鋼板本身的形狀提供組合作用，將壓型鋼板的板肋壓制成緊扣型或具有棱角的凸肋,；圖2b是在壓型鋼板的腹板或翼緣上軋制凹凸齒槽,；圖3c是針對(duì)普通型壓型鋼板，在其腹板內(nèi)開小孔或在其上翼緣焊接橫向鋼筋來(lái)抵抗縱向水平剪力,；圖3d是將圓柱頭焊釘穿透壓型鋼板焊于鋼梁上,，或?qū)盒弯摪宥瞬坷邏浩剑苯雍赣阡摿荷稀?/p>

1.3 組合樓板與鋼梁的連接方式

組合樓板在鋼梁上的支撐長(zhǎng)度一般不應(yīng)小于75 mm,，組合樓板與鋼梁之間設(shè)有抗剪連接件,，一般采用栓釘連接,。抗剪連接件主要作用是承受混凝土樓板和鋼梁交界面的縱向剪力,，抵抗相對(duì)滑移，以保證二者的共同工作,。栓釘?shù)脑O(shè)置構(gòu)造在CECS 273∶2010《組合樓板設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中有明確規(guī)定[6]。

壓型鋼板 - 混凝土組合樓板與鋼梁的連接構(gòu)造主要分為4種形式(圖3),。

a—板肋與梁平行放置,；b—板肋與梁垂直放置；
c—懸挑板肋與梁垂直放置,；d—板肋與梁平行和垂直放置。
圖3　組合樓板主要放置方式

1.4　壓型鋼板 - 混凝土組合樓板的應(yīng)用特點(diǎn)

壓型鋼板在施工過(guò)程中作為混凝土板的永久性模板,，省掉了安裝與拆除模板的工序,，加快了施工進(jìn)度,，縮短了施工工期(圖4),。壓型鋼板 - 混凝土組合樓板自重輕,，相應(yīng)地也可以減少結(jié)構(gòu)梁柱和基礎(chǔ)的截面尺寸等,。壓型鋼板作為鋼梁的連續(xù)支撐,，可以提高鋼梁的整體穩(wěn)定性和翼緣的局部穩(wěn)定,，并具有很好的抗震性能。另外,，壓型鋼板肋間溝槽可以放置水電管線等,，可有效利用空間,，間接地增大了建筑凈高,。

圖4　壓型鋼板鋪設(shè)

壓型鋼板 - 混凝土組合樓板板底凹凸不平，往往需要做吊頂處理,，增加了裝修費(fèi)用。由于壓型鋼板大多采用鍍鋅鋼板,，在應(yīng)用中必須考慮鍍鋅鋼板的銹蝕和防火問(wèn)題,，樓板板底需刷防火涂料，將增加工程造價(jià),。

2　鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板

為進(jìn)一步改進(jìn)壓型鋼板 - 混凝土組合樓板的一些缺陷,，鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板(簡(jiǎn)稱鋼筋桁架組合樓板)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中得到廣泛采用[7 - 8],。

鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板在使用階段底模板不參與受力,，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮底模板的正常使用階段的作用,，僅僅作為施工階段的底模板，承受上部混凝土自重和施工荷載,。

2.1　鋼筋桁架樓承板構(gòu)造

鋼筋桁架樓承板是在工廠里將鍍鋅鋼板和鋼筋桁架整體加工而成,，如圖5所示,。其中,，鋼筋桁架在工廠里通過(guò)機(jī)械設(shè)備加工而成，然后將鋼筋桁架與鍍鋅鋼板在工廠焊接成一體,，形成鋼筋桁架組合模板。

圖5　鋼筋桁架樓承板構(gòu)造

鋼筋桁架樓承板的底模板一般為0.5 mm厚的鍍鋅鋼板,，在工廠與鋼筋桁架焊接在一起。該模板體系運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)可直接鋪設(shè)到鋼梁上,，由于自身具有一定的剛度,，在一定梁跨內(nèi)無(wú)需附加支撐,，且可為鋼梁提供側(cè)向約束[9]。在樓承板上綁扎鋼筋,，并澆筑混凝土,，形成鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板,。

2.2　鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板的應(yīng)用特點(diǎn)

鋼筋桁架樓承板與壓型鋼板一樣，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝,，不需要底部模板支撐,，可以省去支模、拆模的工序和時(shí)間,，如圖6所示[8,10],。鋼筋桁架在工廠里已加工完成，使用階段參與受力,，取代部分鋼筋,，因此可減少現(xiàn)場(chǎng)鋼筋綁扎工作量,，加快施工進(jìn)度。鋼筋桁架底模板由于不參與受力,，因此不需要采取防腐措施,。鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板的厚度一般較壓型鋼板 - 混凝土組合樓板可減小50 mm，進(jìn)一步增加了建筑凈高[7],。鋼筋桁架樓承板的底模板相對(duì)于壓型鋼板厚度較薄,，但只能利用一次,，存在材料浪費(fèi)的情況，而且撕掉底模板后,，混凝土表面通常需要進(jìn)行二次抹灰處理。

圖6　鋼筋桁架樓承板鋪設(shè)

3　裝配式鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板

裝配式鋼筋桁架 - 混凝土組合樓板采用了鋼筋桁架與底部模板可拆卸式的鋼筋桁架樓承板,，這種裝配式的鋼筋桁架樓承板與普通鋼筋桁架樓承板相比,，運(yùn)輸更為方便,，且解決了底模板一次性使用導(dǎo)致材料利用率低的問(wèn)題,，解決了底模板撕掉困難的問(wèn)題,，且不用二次抹灰[11],。

3.1　裝配式鋼筋桁架樓承板構(gòu)造

裝配式鋼筋桁架樓承板由鋼筋桁架、模板和連接件組成,，如圖7所示[11],。模板和鋼筋桁架間通過(guò)連接件連接，連接件通常包括彎鉤,、扳手,、銷軸,、密封墊和墊圈等機(jī)械式連接件，模板與連接件可以拆卸并重復(fù)使用,。模板由普通鋼筋桁架樓承板0.5 mm厚的鍍鋅微肋壓型鋼板改為1 mm厚的鍍鋅平鋼板,，以方便拆卸和清理,。

圖7　裝配式鋼筋桁架樓承板組成

3.2　裝配式鋼筋桁架樓承板應(yīng)用特點(diǎn)

裝配式鋼筋桁架樓承板可拆卸式的特點(diǎn)凸顯了運(yùn)輸?shù)谋憷?。在?gòu)件存放和運(yùn)輸過(guò)程中，鋼筋桁架,、底模和連接件等均可分別包裝,、堆放,，可大大降低存儲(chǔ)空間和運(yùn)輸成本。

鋼筋桁架,、底模和連接件運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，組裝成型并根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行樓板鋪設(shè),。鋪設(shè)完成后進(jìn)行混凝土澆筑,，混凝土成型并達(dá)到一定強(qiáng)度后,，進(jìn)行底模和連接件的拆除。底模拆除過(guò)程中不允許高空下拋,，避免造成底模板過(guò)大變形,。拆除后的底模和連接件需要清理、維護(hù)后才可投入下次使用，重復(fù)使用時(shí)底模需涂刷脫模油,。底模和連接件拆除后的混凝土表面比較光潔,，無(wú)需二次抹灰,，節(jié)省了工序而且混凝土板面美觀,。

裝配式鋼筋桁架樓承板的施工方法與普通焊接式鋼筋桁架樓承板基本相同,，只是在底模與支撐鋼梁連接處有所區(qū)別。為了能夠順利拆除底模,，應(yīng)避免模板深入鋼梁翼緣。因此,，常需在底模與支撐鋼梁連接處采取端部附加收邊板(條)的方式進(jìn)行處理,。收邊板與標(biāo)準(zhǔn)的底模板相連，收邊板一般采用0.5 mm厚的鍍鋅板條制作,，其寬度為50～100 mm,。收邊板焊接在鋼梁上，不再拆除,，節(jié)點(diǎn)做法如圖8所示[11],，圖中l(wèi)a為鋼筋錨固長(zhǎng)度。

1—鋼筋桁架,；2—標(biāo)準(zhǔn)模板,；3—端部收邊板。
圖8　鋼筋桁架樓承板端部節(jié)點(diǎn)做法

4　鋼筋桁架 - 混凝土疊合樓板

鋼筋桁架 - 混凝土疊合板由鋼筋桁架混凝土預(yù)制板和疊合層混凝土組成,。鋼筋桁架混凝土預(yù)制板具有現(xiàn)場(chǎng)裝配速度快,、免支模、免支撐的特點(diǎn),，主要適用于多層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中。

4.1　鋼筋桁架 - 混凝土疊合板構(gòu)造

鋼筋桁架 - 混凝土疊合板是以鋼筋桁架混凝土預(yù)制板為永久性底模,，在其上面現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋和澆筑疊合層混凝土形成的一種裝配整體式樓板,。其中鋼筋桁架混凝土預(yù)制板是利用樓板中部分上下層縱向受力鋼筋，與彎折成型的鋼筋焊接,，形成能夠承受荷載的小桁架,，并在桁架下弦處澆筑一定厚度的混凝土，經(jīng)過(guò)工廠養(yǎng)護(hù)形成的一種帶有鋼筋桁架的混凝土預(yù)制板,。鋼筋桁架混凝土預(yù)制板在施工階段能夠承受疊合混凝土現(xiàn)澆層的重量和施工荷載,，在使用階段，鋼筋桁架成為混凝土樓板的上下層配筋,，可以承受各項(xiàng)使用荷載[12,13],。在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的鋼筋桁架 - 混凝土疊合樓板大多是作為單向板使用，在鋼筋桁架預(yù)制底板上配置橫向穿過(guò)桁架的鋼筋,，再澆筑上部疊合層混凝土,，可形成雙向疊合板。東南大學(xué)在這方面開展了一些試驗(yàn)研究和計(jì)算方法研究[14 - 15],。鋼筋桁架混凝土預(yù)制板如圖9所示[13],。

圖9　鋼筋桁架混凝土預(yù)制板

4.2　鋼筋桁架 - 混凝土疊合板受力特點(diǎn)

鋼筋桁架上、下弦鋼筋作為樓板配筋參與受力,，且能夠提高施工階段預(yù)制板的剛度,，腹桿鋼筋可以改善混凝土疊合面的抗剪性能，同時(shí)可提高樓板斜截面的抗剪能力[13,16],。上,、下弦鋼筋與腹桿鋼筋組成的鋼筋桁架不僅僅提高了施工階段的剛度，同時(shí)也提高了其與混凝土疊合面在使用階段的整體性,。

在施工階段,，鋼筋桁架混凝土預(yù)制板本身包含預(yù)制板部分和鋼筋桁架部分,，具有一定的剛度和強(qiáng)度，在一定跨度內(nèi)不設(shè)臨時(shí)支撐的情況下可能承受上部澆筑的疊合層現(xiàn)澆混凝土自重以及一定的施工荷載,。

在使用階段,，鋼筋桁架預(yù)制板與疊合層混凝土共同工作，從受力角度來(lái)說(shuō),，鋼筋桁架 - 混凝土疊合板與普通鋼筋混凝土疊合式樓板具有相同的受力性能,。由于鋼筋桁架預(yù)制板首先運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，吊裝完成后,，在其上部澆筑疊合層混凝土,，因此存在鋼筋應(yīng)力超前的現(xiàn)象，但與疊合層混凝土形成的組合樓板與普通鋼筋混凝土樓板的承載力是相同的,。

4.3　鋼筋桁架 - 混凝土疊合板應(yīng)用特點(diǎn)

鋼筋桁架 - 混凝土疊合板是一種受力合理的樓板形式,，在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用。鋼筋桁架 - 混凝土疊合板與其他普通混凝土疊合板一樣具有一些共同的特點(diǎn),，如免支模,、施工速度快等優(yōu)勢(shì)；同時(shí)擁有現(xiàn)澆混凝土樓板整體剛度大,、抗震性能好的優(yōu)點(diǎn),。

鋼筋桁架 - 混凝土疊合板又具有自身的諸多優(yōu)點(diǎn)[12,17]：鋼筋桁架工廠加工制作，鋼筋間距分布均勻,，混凝土保護(hù)層厚度易控制,，疊合樓板質(zhì)量有保證；樓板底面較為平整,，抹灰工程大為簡(jiǎn)化,，適用于住宅建筑；預(yù)制板可根據(jù)房間布局,，做成靈活多變的整塊大板,，適應(yīng)性強(qiáng)；相比于鋼結(jié)構(gòu)建筑中常用的壓型鋼板混凝土樓板,，節(jié)省了壓型鋼板,，降低了工程造價(jià)。

5　結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)目前多,、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中常用的幾種組合樓蓋體系進(jìn)行了介紹,，分析了各自特征和應(yīng)用特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)以上幾種組合樓蓋體系的歸納和總結(jié),，筆者認(rèn)為關(guān)于多,、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓蓋體系的應(yīng)用和以后研發(fā)方向可考慮以下幾個(gè)方面：

1)樓蓋體系首先要適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)建筑施工速度快的特點(diǎn)，盡量少支模或不支模,，跟上鋼梁,、鋼柱的吊裝與安裝速度，以減少整個(gè)建筑的施工工期,。

2)鋼結(jié)構(gòu)住宅一般要求樓板底面平整,，不需要吊頂即可滿足使用要求，因此樓蓋體系的底表面應(yīng)具有一定的觀感和平整度,，盡量避免后期處理,。

3)針對(duì)抗震設(shè)防要求，樓蓋體系特別是組合樓蓋體系應(yīng)具有一定的整體性和抗震性能,。

4)鋼結(jié)構(gòu)住宅中的樓蓋體系與普通樓蓋體系一樣,，需滿足防腐性能和防火性能要求。

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