钢筋桁架楼承板在装配式混凝土结构中的应用

随着我国装配式建筑逐渐进入规模化、主业化发展阶段，混凝土叠合板因其制作简单、运输方便等优点，成为装配式建筑中最为常见的预制混凝土构件，然而混凝土叠合板仍然存在受力不明确、质量通病较多等问题。钢筋桁架楼承板在钢结构建筑中广泛应用，技术较为成熟。本文从结构受力、施工运输、经济性等角度全面对比分析钢筋桁架楼承板和混凝土叠合板的优缺点。研究结果表明：钢筋桁架楼承板综合性能明显优于混凝土叠合板，在装配式混凝土结构中钢筋桁架楼承板具有十分广阔的市场前景。

 

一、引言

 

我国正在推进建筑工业化的发展，装配式部品部件的研发应用是行业内不可逆转的趋势。现阶段装配式混凝土结构中最为常见的装配式部件是混凝土叠合楼板。相对与装配式阳台板、装配式剪力墙等装配式构件，混凝土叠合楼板具有加工简单、运输方便、施工速度快等优点，同时预制混凝土比例较高，可以很好地响应国家对预制混凝土构件的政策文件要求。

 

钢筋桁架楼承板是第3代压型钢板，由纵向钢筋、桁架筋、镀锌铁板组成。相比传统的压型钢板，钢筋桁架楼承板因其防火性能好、受力性能好等优势，在钢结构中已经有非常广泛的应用，是一种技术比较成熟的工业产品。

 

然而钢筋桁架楼承板在混凝土结构中的应用还比较少，其主要原因是目前我国装配式建筑发展仍然由政策主导，在装配式建筑的评价指标中，预制混凝土的体积是非常重要的评价指标，因此诞生了混凝土叠合板这类的装配式部品。而随着我国对装配式建筑认识的不断深入，装配式建筑的评价指标也逐渐由预制混凝土体积转变为免支模、节能、节材等方面。

 

本文从结构受力、施工运输、经济性等角度来比较钢筋桁架楼承板和混凝土叠合板，以期推广钢筋桁架楼承板在装配式混凝土结构中的应用。

 

二、钢筋桁架楼承板

 

钢筋桁架楼承板是第3代压型钢板，在第1代非组合压型钢板和第2代组合压型钢板的基础上改进而来。钢筋桁架楼承板由纵向钢筋、腹杆钢筋以及镀锌钢板组成，其中上下弦杆钢筋可以作为使用阶段楼板的受力纵筋使用。上下弦钢筋呈三角形布置，上下弦杆钢筋采用腹杆点焊连接在一起，上下弦杆钢筋、腹杆钢筋、镀锌铁皮三者形成一个稳定的空间三角桁架。这样的空间桁架可以承担部分荷载，通常情况下可以承担施工阶段的自重和施工活荷载。结合镀锌钢板作为底模，钢筋桁架楼承板可以免去施工阶段的脚手架支撑。

 

钢筋桁架楼承板可以在工厂完成加工，且已经形成了自动化的生产流水线，需要的人工极少，可以根据项目情况定制钢筋桁架楼承板的长度。钢筋桁架楼承板有固定的宽度，运输到现场后只需根据项目的具体情况进行排布，绑扎完面筋和垂直于桁架筋的分布筋之后就可以浇筑混凝土，施工十分便利。

 

钢筋桁架楼承板应用在钢结构中时，其优势主要体现在造价比现浇板大幅度节省，现场钢筋绑扎量相对较少且不需要临时支撑，节省了大量的人工和施工措施费用。同时钢筋桁架楼承板因钢筋桁架独特的空间受力特性以及镀锌铁皮的存在，使得最大无支撑板跨可达到4.8m，若出于节省成本的考虑，也可以考虑在跨中增加支撑，进一步减少工程造价。典型的钢筋桁架楼承板如图1所示。

 

图1 钢筋桁架楼承板典型断面

 

三、混凝土叠合板

 

混凝土叠合板是随着装配式混凝土建筑的发展而得到大力推广的一种工业部件，是将钢筋桁架与混凝土底板浇筑成一体形成预制部分，现场安装完成后，再浇筑叠合层混凝土形成整体受力的叠合楼板。混凝土叠合板，按照装配率评价标准规定，可以快速提高装配式建筑的预制装配率，在我们国家装配式建筑推广早期有极大优势，同时因其制作简单、运输便捷、施工速度快、抗震性能好等众多优点成为了装配式建筑最常用的预制混凝土构件。混凝土叠合板的典型构造如图2 所示。

 

图2 混凝土叠合板典型断面

 

四、综合性能比较及实例分析

 

1、施工难度

 

钢筋桁架楼承板一般宽度不超过600mm，重量比较轻，现场安装和异形切割比较容易，徒手便可挪动。混凝土叠合板截面大，比较重，全程依靠塔吊，安装过程中对已绑扎的混凝土梁和墙钢筋破坏比较大，需进行二次校正。

 

同时，钢筋桁架楼承板可以承担施工阶段的荷载，可为各工种作业提供宽敞的工作平台，因此浇筑混凝土及其他工种作业均可多层立体作业，大大加快了施工速度。钢筋桁架楼承板虽然可以承担施工阶段的荷载，但有一定的限值，对应于各类型号的钢筋桁架楼承板都有一个施工阶段免支模的跨度，超过了这个跨度之后仍然需要在跨中增加临时支撑。

 

同时钢筋桁架楼承板在施工过程中施工荷载沿平行于钢筋桁架的方向传递，类似混凝土结构中的单向板。根据这个特点，本文建议在混凝土结构中次梁的布置应尽量将板格划分为单向板，钢筋桁架楼承板在施工阶段的受力方向和使用过程中的受力方向基本一致，可以最大限度节省成本。

 

因采用传统叠合楼板具有只能单层施工的局限性，使结构整体施工进度受到楼板施工进度的极大限制，无法完全展现装配式建筑施工速度快的优势，造成资源浪费，这对规模较大的高层、超高层建筑尤其具有明显影响。

 

钢筋桁架楼承板的质量通过自动化机械设备来保证，钢筋间距、楼板保护层厚度都可以完全达到设计要求，提高了楼板的成型质量。钢筋桁架楼承板需进行现场铺设，设计时桁架方向最小搭接长度为50mm，分布筋方向最小搭接长度为30mm，确保支座受力合理和混凝土浇筑时不漏浆，以保证混凝土浇筑及成型质量。

 

2、设备机具

 

钢筋桁架楼承板重量比较轻，体积比较小，道路运输采用小型运输车便可满足运输要求，采用传统塔吊便可满足吊装要求。混凝土叠合板比较重且宽度较大，需采用大型运输车进行运输，对道路及现场场地有较高要求，传统塔吊无法满足要求，需采用大型塔吊。

 

3、使用条件

 

钢筋桁架楼承板对跨度要求比较严格，决定了结构梁的布置间距，常规中可不设置临时支撑，施工阶段只设置结构梁脚手架及模板，无需布置板底模板及支撑。当板跨较大时，为降低楼板钢筋用量，可在施工阶段设临时支撑。混凝土叠合板跨度较大，能满足一般性要求，施工时需布置梁的脚手架和模板，在板底隔一定距离布置脚手架，叠合板接缝处布置脚手架和模板。

 

4、结构受力

 

普通钢筋混凝土楼板由于在施工阶段底部有模板，因而几乎不产生挠度，但是当混凝土凝结硬化达到一定强度拆去模板后，楼板会在自重作用下，在板底产生拉应力，从而拉裂混凝土。与普通现浇钢筋混凝土楼板相比，钢筋桁架楼承板的受力特性更加优越。

 

不设临时支撑时，在混凝土硬化前，楼板的强度和刚度即钢筋桁架的强度和刚度，混凝土硬化在钢筋桁架模板变形下进行，所以楼板自重不会使板底混凝土产生拉应力。在使用阶段，钢筋桁架楼承板中的钢筋与混凝土一起承受荷载作用，受拉钢筋与普通钢筋混凝土楼板中的承载力相同。

 

钢筋桁架混凝土楼板与普通现浇混凝土设计理论等同，而其钢筋桁架受力模式更为合理，能提供更大的刚度，且双向刚度一致，具有良好的抗震性能。钢筋桁架楼承板底部钢模板平整，双向刚度相近，钢筋桁架腹杆筋改善了楼板的受力性能，抗震性能最好。而且钢筋桁架楼承板可设计成双向板，钢筋桁架楼承板下表面平整，桁架空间大，在不增加楼板结构层厚度的情况下，可以方便施工下层钢筋。

 

钢筋桁架楼承板板厚需综合考虑设计阶段和施工阶段验算，一般取值为110～160mm，混凝土为一体整浇成形，结构整体性更好。而混凝土叠合板一般叠合层的混凝土厚度为60mm，为了确保管线可以在楼板内布置，现浇层的厚度一般不低于70mm，总厚度一般不低于130mm，结构受力介于单向板和双向板之间，结构设计时通常要求按单向受力和双向受力包络设计。

 

5、工程实例

 

本文经济性对比基于南京软件园光电研发中心项目展开。项目位于南京市江北高新区，办公楼地上22层，建筑面积29918㎡，为钢筋混凝土框架核心筒结构，建筑功能为科研办公。原设计采用混凝土叠合板，板厚140mm。叠合板应用范围是标准化程度比较高的板跨，其中屋面、卫生间已悬挑部位仍采用普通的现浇钢筋混凝土，板厚120mm。后经征求业主及产业办许可，该项目楼板调整为钢筋桁架楼承板，板厚根据次梁间距调整为110mm，应用范围为除了核心筒范围以外所有的楼板，包含卫生间以及屋面。

 

本次成本对比以2020年3月份建筑材料信息价格为依据，其中需要特别说明的是，随着混凝土叠合板生产线的不断投产，叠合板价格已经由年初的3300元/m³降低至2300元/m³，虽然会对经济性比较的量化数据有所影响，但是对最终的结论并无本质改变。单位面积叠合板建造成本见表 1。单位面积钢筋桁架楼承板建造成本见表2。

 

表1 叠合板单位面积造价

表2 钢筋桁架楼承板单位面积造价

 

由表1、表2可以看出，采用了钢筋桁架楼承板之后楼板单位面积的造价由309.65元降低至235.55元，节省了原来造价的23.9%，经济效益非常明显，且该结果是在没有考虑运输成本的情况下计算得出。值得一提的是，上述经济效益是在保证质量的同时并没有降低建筑预制率比例的情况下实现的，有非常好的市场前景和推广价值。

 

结论

 

(1)钢筋桁架楼承板做为一种成熟的工业部品，已经在钢结构中得到广泛的应用，其技术成熟、工艺可靠，目前在混凝土结构中还应用较少。

 

(2)钢筋桁架楼承板相比混凝土叠合板在施工便捷性、结构受力、工程成本等方面均有明显的优势，是值得大力推广的新型技术。

 

作者简介：刘龙(1979-)，男，安徽阜阳人，高级工程师，主要从事结构工程新技术应用研究。