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钢-混凝土组合空腔楼盖技术的研究与应用

发布时间:2019-12-13 09:54:42 作者 : 王本淼 杨承惁 王海崴 杨建军 来源 :网络 围观 :
摘要: 摘  要:针对现浇混凝土空腹楼盖技术新型建筑结构体系的建立,结合钢结构发展趋势,研究开发出一种将钢筋混凝土与钢结构组合的空腔楼盖,进一步改善钢结构防火、防腐生锈、节约净空、装修方便、保温、隔热和隔声

 

摘  要:针对现浇混凝土空腹楼盖技术新型建筑结构体系的建立,结合钢结构发展趋势,研究开发出一种将钢筋混凝土与钢结构组合的空腔楼盖,进一步改善钢结构防火、防腐生锈、节约净空、装修方便、保温、隔热和隔声性能,为建筑结构领域又提供了一个崭新的钢-混凝土组合空腔楼盖结构体系。

关键词: 钢结构; 钢筋混凝土; 现浇; 钢-混组合; 空腔楼盖; 空腹楼盖; 密肋楼盖

1. 研究背景

就结构材料而言,目前建筑结构主要有砌体结构、混凝土结构和钢结构。近年来,随着我国钢产量的持续提高,钢结构得到了迅速发展,而钢结构所采用的楼板目前主要为现浇钢筋混凝土楼板和压型钢板组合楼板。现浇钢筋混凝土楼板和压型钢板组合楼板因为自重大,其跨度受到很大限制,因而要求在钢结构中增加很多次梁;现浇钢筋混凝土楼板和压型钢板组合楼板均做在钢梁的上表面,为了保证楼板和钢梁的共同工作,通常在钢梁的上翼缘焊接成排的圆柱头栓钉,增加了施工工序和建造成本,同时由于楼板做在钢梁的上表面,楼板不能对钢梁的防火和防腐进行保护,还占用了建筑物宝贵的净空;如采用压型钢板组合楼板,压型钢板本身的防火和防腐问题更加突出,并且给后期装修增加了难度,多数情况下,需增加吊顶;此外,现浇钢筋混凝土楼板和压型钢板组合楼板因为采用实心结构,其保温、隔热和隔声性能也较差。因此,迫切需要研究开发出一种适合钢结构建筑体系的跨度大、与钢梁整体工作性能好、施工方便、能对钢梁的的防火和防腐进行有效保护、节约净空,装修方便,并且具有优良保温、隔热和隔声性能的楼盖。

2. 研究目的

研究开发出一种适合钢结构建筑体系的跨度大、与钢梁整体工作性能好、施工方便、能对钢梁的的防火和防腐进行有效保护、节约净空、装修方便,并且具有优良保温、隔热和隔声性能的钢-混凝土组合空腔楼盖。

3. 研究方案

钢-混凝土组合空腔楼盖由钢梁、面板、底板、肋梁和BDF薄壁箱体组成。其构造方案如图1所示。

 

图1钢-混凝土组合空腔楼盖构造图

1-钢梁 2-面板 3-肋梁主筋 4-模板 5-BDF薄壁箱体 6-肋梁

7-钢丝网 8-面板钢筋 9-箱体凹面 10-箱体孔 11-箱体底板 12-混凝土

 

钢梁由上翼缘、腹板和下翼缘组成,腹板上留有供肋梁底部钢筋和预埋管线通过的孔,钢梁的上翼缘、腹板和下翼缘内壁由混凝土包裹;面板为单层双向配筋的钢筋混凝土板;底板为钢丝网混凝土板;肋梁为上、下部均配筋的钢筋混凝土梁,上部钢筋通过钢梁上翼缘,下部钢筋通过钢梁腹板,纵、横向肋梁钢筋骨架交叉形成安放BDF薄壁箱体的网格; 薄壁箱体由底板、框体和顶盖构成,底板外表面至少有两个弧型凸起,底板与顶盖上开有相对应的孔,底板上的孔设置在其表面弧形之间的凹处,底板与顶盖的孔通过封闭贯穿通道连接,薄壁箱体和贯穿通道为整体密封,底板圆弧的高度小于楼盖底板的厚度并小于18mm。薄壁箱体的底板与楼盖模板间设置钢丝网或玻璃纤维布,底板弧型凸起与楼盖模板间隙渗入足量的混凝土砂浆,将底板与钢丝网或玻璃纤维布浇注为一体,形成楼盖底板。薄壁箱体采用特种水泥砂浆制成,在特种水泥砂浆中间加玻璃纤维丝或纤维布。薄壁箱体贯穿通道中间直径相等,两端与顶盖、底板上的孔相接的地方至少有一端放大成喇叭口状,如图2所示。

钢-混凝土组合空腔楼盖是在钢梁的腹板中预留密肋梁下部钢筋和预埋管线通过孔。将钢梁的上翼缘板、腹板、下翼缘板内壁浇注在楼盖内,使得钢梁腹腔混凝土与整个楼盖混凝土成为一个整体,增强了钢梁的钢度,钢梁的上翼缘板、腹板、下翼缘板内壁封闭在楼盖内,可不用涂抹防火材料,达到结构安全可靠和节省成本和的目的; 薄壁箱体底板采用至少两个弧形凸起可以使混凝土砂浆完全渗入薄壁箱体与楼盖模板之间,保持薄壁箱体的

稳定性及楼盖下表面的光滑,通过薄壁箱体中间的贯穿孔,可以方便有效的将混凝土砂浆从顶盖上一

 图2 BDF薄壁箱体(钢-混凝土组合空腔楼盖技术)

 

直灌到底板与楼盖下层之间,消除了现有技术中的薄壁箱体中间混凝土砂浆不能完全灌入的问题,利用薄壁箱体里的支撑物,可以提高薄壁箱体抗顶压和侧压的能力,整个薄壁箱体除了贯穿通道孔外都是密封的,这样可以防止混凝土砂浆从缝隙中进入,避免增加整个楼盖的重量。薄壁箱体中间贯穿通道与顶盖和底板孔洞相接的地方做成喇叭状,这样就增大了薄壁箱体贯穿通道与混凝土砂浆的接触,对楼盖上层的冲压和下层的应力都产生很大效果,薄壁箱体的顶盖采用弧形凸起可以适当的分解整个薄壁箱体的受力面积。

钢-混凝土组合空腔楼盖,减少混凝土用量达到重量轻、结构合理、提高整体防裂缝和抗地震的效果,其成孔用的薄壁箱体是利用模具能够在最短的时间内制造出来,且在其半凝固时就将顶盖或侧板与框体或长方体模合在一起,节省了时间,取消了现有技术中涂粘接剂和另加叠合层的手续。用上述薄壁箱体现场浇注的楼盖底面光滑,只需简单装修即可使用,有些特殊工程还免除了现有技术需要抹灰和装饰填空的手续。

4. -混凝土组合空腔楼盖的计算原则和构造要求

钢-混凝土组合空腔楼盖是在密肋楼盖的基础上,将楼盖底板采取新工艺形成封闭空腔楼盖,一般用于跨度较大的情况,采用“工字形”钢梁和钢筋混凝土空腔密肋楼板实现该楼盖。可分为单向密肋楼盖和双向密肋楼盖两种。当建筑的柱网为方形或接近方形(长宽比小于1.5倍)时,可采用双向空腔密肋楼盖。空腔密肋楼盖的柱距一般不宜大于15m;肋梁的间距一般为0.65~1.2m,常采用1.0m;肋梁的高度通过计算确定,可取跨度的1/35~1/45,肋梁的宽度为0.1~0.2m,当柱距较小时,肋梁的间距和高度可相应减小。空腔密肋楼盖网格为定型规格合模尺寸,确定密肋网格布置及选用密肋的截面尺寸时必须考虑箱体的规格尺寸,宜于合模。

1)计算原则:空腔密肋楼盖设计计算可参考普通密肋楼盖的计算原则。

2)构造要求:面板中应配置双向钢筋网,每个方向按楼面板全截面计算的配筋率不宜小于0.15 %,钢筋直径不宜小于6mm,钢筋间距不宜大于250mm。在柱顶托板所在的肋网格内,其顶面宜附加加强钢筋网片;在肋梁中,配有负弯矩钢筋的区段(包括托板的范围内)因配置封闭的箍筋,在正弯矩区段可配置开口箍筋;正弯矩作用时肋梁按T形截面计算,负弯矩作用时肋梁按宽度等于肋梁底部宽度的矩形截面计算; 仅当采用分离式配筋时,其正弯矩钢筋宜全部伸入支座。楼盖主肋梁的钢筋延伸长度应按其弯矩包络图或梁的构造规定确定。

5. -混凝土组合空腔楼盖的施工

参见图1,当楼房的钢柱、钢梁框架建好后,在建造楼盖时,在钢梁1的左右侧面铺设楼盖模板4,然后在楼盖模板4上再铺上一层钢丝网,再将按设计图纸布置的肋梁6下部钢筋3,从型钢1腹板的预留孔中穿过,过长的钢筋可以采用现场焊接的方式安装连接,肋梁6的上部钢筋从型钢1上翼缘上部通过,最后纵横肋梁6形成安放薄壁箱体的网格,然后在网格中安放薄壁箱体,带多弧面的薄壁箱体底板11安置在楼盖模板4上面的钢丝网上,再铺设空腔楼盖上翼缘板8的构造钢筋,同时将型钢1下翼缘边缘至楼盖底模板4处搭建一个斜支撑面,以增大型钢与钢筋混凝土的接触面,将预留预埋管通过腹板的预制孔洞和接线盒放置在肋梁6钢筋骨架中,用混凝土布料机在肋梁6中铺一层稀释混凝土砂浆,让稀释混凝土砂浆渗入到薄壁箱体底部,在建筑震动棒的强烈震动下,使混凝土砂浆从薄壁箱体的四周外沿灌入到底板11并向底板中心连通管道9流动,底板弧型凸起的高度小于楼盖下翼缘板5的厚度且小于18毫米,为防止底板11与建筑模板4之间的混凝土砂浆不密实,可从薄壁箱体的连通管道9中注入混凝土砂浆,同时将建筑震动棒垂直插入连通管道9中强烈震动10秒钟,让混凝土砂浆再向四周扩散,混凝土砂浆在建筑震动棒的作用下,紧密结合形成楼盖下翼缘板5,随后将批量混凝土砂浆泵入楼盖上翼缘板8钢筋2和肋梁6框架中,再用建筑震动棒器震动薄壁箱体预留孔洞的混凝土,密实由多个薄壁箱体形成的空心层和上翼缘板8,最后将上翼缘板8表面水平找平。为防止薄壁箱体在浇注时浮起,必须进行抗浮处理,楼盖在现浇时将肋梁6用铁丝穿入模板与楼盖模板4下面的脚手架固定在一起,混凝土凝固后拆掉楼盖模板4后实现钢-混凝土组合空腔楼盖。详细施工方法见《钢-混凝土组合空腔楼盖施工工法》。施工照片见图3~图6。

 

       

 图3支模板图                                 图4肋梁钢筋和薄壁箱体安装

      

 图5面板钢筋安装           图6 拆模后效果

 6. -混凝土组合空腔楼盖的受力性能试验。

详见《钢-混凝土组合空腔楼盖受力性能试验研究报告》

钢-混凝土组合空腔楼盖受力性能试验结果表明:

1)钢-混凝土组合空腔楼盖在使用荷载下具有良好的工作性能,在第9级荷载之前(916.2kg/㎡),没有出现裂缝;即使在很大的试验荷载下,箱体下满布的钢丝网可使楼盖仅产生细而密的裂缝,楼盖中央的变形只有21mm。

2)钢-混凝土组合空腔楼盖具有很高的承载能力,在第28级荷载(板中荷载3830.0kg/㎡,板边荷载951.0kg/㎡)下,仅跨中部分肋梁底部钢筋才屈服;

3)钢-混凝土组合空腔楼盖中钢梁与混凝土楼板具有良好的共同工作性能,在第28级荷载(板中荷载3830.0kg/㎡,板边荷载951.0kg/㎡)下,钢梁与混凝土楼板未发现脱离现象;肋梁每隔一定距离(本试验为1m)给钢梁提供侧向支撑点,能有效地提高钢梁的稳定承载力。

4)钢-混凝土组合空腔楼盖的设计计算可按现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《钢结构设计规范》(GB50017-2003)进行,按试验采用的构造措施可满足钢-混凝土组合空腔楼盖正常使用和承载能力要求。

5)钢-混凝土组合空腔楼盖按《钢-混凝土组合空腔楼盖施工工法》(另提供)组织施工可达到一次浇注成型的目的。

6)四种钢梁的构造方式均能满足满足钢-混凝土组合空腔楼盖正常使用和承载能力要求,建议采用第二、三种方式,既可有效解决钢梁的防腐、防火问题,有能获得较好的结构外观。

7. 性能特点及经济效益

1)防火性能好;“工字形”钢梁用混凝土包裹,可无需要凃防火凃料。减小了消防隐患:传统的型钢结构因设明次梁和压型钢板,需要进行装饰,装饰材料本应要求做防火处理,据了解民用建筑装饰几乎均未采用防火装饰材料,带来了消防隐患,因该结构去掉次梁和压型钢板无需进行装饰。

2)防锈;去掉了压型钢板生锈的因素。

3) 增加了空间;将楼盖厚度由130mm降低为40mm,毎层节约高度90mm,若40层高楼可多建一层。

4) 减轻主楼基础荷戴;由于楼盖厚度由130mm降低为40mm后含密筋梁总的折算厚度为105mm,恒载减轻10%;

5) 楼盖光滑平整:去掉压型钢板和工字型次梁,在一个网柱内楼盖底层光滑平整,不需要被动装饰。

6) 保温隔音效果好:楼盖中埋入了箱体,当楼面因冲击发出的声音,受到密封箱体空气介质的作用,削减声波能量影响,底楼层不受上楼层因震动和撞击发出声音的影响。

7) 抗震性能好:采用在腹板成孔贯通肋梁底部钢筋技术,增强了结构的整体性,提高了抗震能力。

8) 刻服板的位移:“工字形”钢梁用混凝土包裹,刻服了现浇的钢筋混凝土在型钢上翼缘接触面小,防止位移需焊接圆柱头栓定位,

9) 综合建价降低:毎平米综合造价降低约130元:

10) 符合我国建设采用“新技术、新材料、新工艺、新设备”和“节能省地型”建筑的要求

总之:经过上述分析研究总结,“ 现浇型钢混凝土组合空腔楼盖”项目,符合国家建设宏观政策,该项目发展潜力很大,已经形成较好的创新技术效应,项目已促进建筑科学技术进步,将成为一种崭新的建筑结构体系,该项目同时能产生巨大的经济效益和社会效益。

 参考文献

[1]钢结构设计规范(GB50017—2003)、北京:中国计划出版社,2003

[2]建筑结构荷载规范(GB50009—2001)、北京:中国建筑工业出版社,2002

[3]冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018—2002)北京:中国计划出版社2002

[4]门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS102—2002)、北京: 中国计划出版社2003

[5]钢架结构设计与施工规程(JCJ7—1991)北京中国建筑工业出版社,2003

[6]高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99—1998、北京:中国计划出版社2003

[7]刘大海 杨翠如著型钢混凝土高楼计算和构造.北京:中国建筑工业出版社2003

[8]赵根田 孙德发主编、钢结构、北京:机械工业出版社2005

[9]魏明钟、钢结构、武汉、武汉工业大学出版社,2003

[10]陈绍蕃、钢结构、北京:中国建筑工业出版社,2003

[11]张其林、索和膜结构、上海:同济大学出版社、2002

[12]胡建雄主编、深圳地王大厦、北京:中国建筑工业出版社、1997•

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