一級結構師專業(yè)輔導:多層輕鋼結構樓蓋的設計與經(jīng)濟性比較

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一、 概述
    近年來輕鋼結構在我國的發(fā)展很快,其中包括多層輕鋼結構建筑和含夾層的門式剛架建筑。在這些結構當中樓蓋的合理選擇對整個結構的安全性、經(jīng)濟性顯得至關重要,它不僅起到將豎向荷載傳給梁柱,保證抗側力結構的空間協(xié)同作用,而且還影響到建筑的使用功能和造價以及施工的進度,因此在確定多層輕鋼結構樓蓋的方案時,應主要考慮以下幾點要求:
    (1)保證樓蓋有足夠的平面整體剛度。
    在現(xiàn)代多高層建筑中由于其功能復雜,體系多樣且高度較大,為有效地抵抗水平地震及風荷載的作用,樓面必須有足夠的剛度,防止結構因較大的變形而發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。
    (2)減輕樓蓋結構的自重及減小樓蓋結構層的高度。
    在傳統(tǒng)的梁板結構形式中,梁高占建筑的層高較多,選擇適宜的組合樓蓋形式,可以有效地減小構件截面尺寸,增大使用空間,減輕結構自重。
    (3)有利于現(xiàn)場安裝方便及快速施工。
    由于鋼結構的制作安裝是工業(yè)化程度很高的一種結構形式,因此在設計時要考慮施工中盡可能不采取傳統(tǒng)模板支模拆模的繁瑣作業(yè),以免影響鋼結構施工進度。
    (4)較好的防火、隔音性能,并便于敷設動力、設備及通訊等管線設施。
    樓蓋的設計在考慮結構安全性的同時,還應該充分考慮它的適用性,經(jīng)濟性;使建筑中管線的鋪設同樓蓋的形式緊密的結合起來,既節(jié)約了造價,也美化了環(huán)境。
    從上述的四點要求可以看出,我們在選擇樓蓋時不能僅僅從結構的安全性出發(fā),還要從建筑的整體性出發(fā),綜合考慮。就目前工程中常用的輕鋼結構樓蓋,主要有以下四種形式:
    (1)壓型鋼板混凝土樓蓋。
    (2)現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋。
    (3)SP預應力空心板樓蓋。
    (4)混凝土疊合板樓蓋。
    這四種樓蓋有著各自不同優(yōu)勢和特點,我們在進行設計時可根據(jù)工程的使用功能,受力特點及經(jīng)濟性要求進行合理的選取,使我們的樓蓋結構方案有著可靠的安全性,良好的適用性和合理的耐久性。本文將對這四種常用樓蓋的性能和特點做了一些對比和分析,并結合一個實際工程,對它們的經(jīng)濟指標進行了比較。
    二、 輕鋼結構工程中常用樓蓋的類型和特點
    (一)壓型鋼板混凝土樓蓋
    壓型鋼板混凝土組合樓板是將壓型鋼板鋪設在鋼梁上,在壓型鋼板和鋼梁翼緣板之間用圓柱頭焊釘進行穿透焊接,壓型鋼板即可作為澆筑混凝土時的永久性模板,也可作為混凝土板下部受拉鋼筋與混凝土一起共同工作。
    在鋼結構設計中,采用壓型鋼板與混凝土組合樓蓋具有多項優(yōu)點:
    (1)合理的設計后,可不設施工專業(yè)的模板系統(tǒng),實現(xiàn)多層同時施工作業(yè),大大加快施工進度。
    (2)壓型鋼板的凹槽內可鋪設通訊、電力、通風、采暖等管線,吊頂方便。
    (3)壓型鋼板便于運輸、堆放,安裝方便,不需拆卸,火災危險性小。
    (4)施工時可起增強鋼梁側向穩(wěn)定性作用,在組合樓板中壓型鋼板可以作受拉鋼筋使用。
    在實際應用中組合樓蓋又分為兩種形式,一種為非組合樓板,另一種是組合樓板。在施工階段兩者的作用是一樣的,壓型鋼板作為澆筑混凝土板的模板,即不拆卸的永久性模板,合理設計后,不需要設置臨時支撐,即由壓型鋼板承受濕混凝土板重量和施工活荷載。兩者區(qū)別主要在于使用階段,非組合樓板中梁上混凝土不參與鋼梁的受力,按普通混凝土樓板計算承載力,而組合樓板中考慮混凝土樓板與鋼梁共同工作,同時鋼梁的剛度也有了提高,為保證壓型鋼板和混凝土疊合面之間的剪力傳遞,須在壓型鋼板上增加縱向波槽、壓痕或橫向抗剪鋼筋等。
    在另一方面,壓型鋼板組合樓蓋對建筑物也有一些不利的因素:
    (1)用壓型鋼板后,增加了材料的費用,尤其是鍍鋅壓型鋼板,本身造價較高,需要進行防火處理。
    (2)樓板中增加了壓型鋼板,樓層凈高有少量的降低,按每層75mm計,24層大樓合計為1.8m。
    (3)壓型鋼板目前還沒有國家標準,每個生產廠商都有各自的一套技術資料,給設計人員帶來不便。
    (二)現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋
    現(xiàn)澆整體混凝土樓蓋是結構設計中最常用的一種樓板,也是設計及施工人員最為熟悉的一種結構形式。它的一些主要優(yōu)勢是:
    (1)施工工藝簡單,取材方便,造價低廉,適用范圍廣。
    (2)平面整體剛度大,抗震性能好。
    (3)和鋼梁共同工作,形成組合梁,可減小梁截面的高度。
    (4)不受房間形狀的限制,開洞方便,便于設備和管道的垂直鋪設。
    (5)取消了壓型鋼板,減少了用鋼量。
    盡管它有以上許多優(yōu)點,但在多高層結構的樓板設計中并不常用,主要是由于以下幾點不利因素:
    (1)自重較大,現(xiàn)場濕作業(yè)多,現(xiàn)場凌亂。
    (2)它需要傳統(tǒng)的模板支撐系統(tǒng),阻礙下部交通,支模拆模比較繁瑣。
    (3)混凝土澆筑完成后,不能及時為后續(xù)工作提供條件。
    (4)樓板混凝土的硬化需要較長的時間,對工期的影響較大。