钢筋桁架楼承板技术性能与工程应用.doc

钢筋桁架楼承板技术性能与工程应用

一、概述
钢筋桁架楼承板是将楼板中的受力钢筋在工厂内焊接成钢筋桁架，并将钢筋桁架与镀锌钢板焊接成整体，形成模板和受力钢筋一体化建筑制品。钢筋桁架楼承板是在施工阶段能够承受湿混凝土及施工荷载，在使用阶段钢筋桁架成为混凝土配筋，承受使用荷载的新技术。
采用钢筋桁架楼承板的混凝土楼板兼有传统现浇混凝土楼板整体性好、刚度大、防火性能好，及压型钢板组合楼盖无模板、施工快的优势，钢筋桁架楼承板桁架受力模式合理，可调整桁架高度与钢筋直径,实现更大跨度。采用钢筋桁架楼承板的钢-混凝土组合楼盖，可减少次梁，抗剪栓钉焊接速度快，施工质量稳定。作为一种成熟的新技术，钢筋桁架楼承板已在国内外建筑工程中大量应用，在多高层建筑中具有广阔的应用前景。
钢筋桁架楼承板将混凝土楼板中的钢筋与施工模板组合为一体，所以在施工阶段能够承受湿混凝土自重及施工荷载的承重构件，并且该构件在施工阶段可作为钢梁的侧向支撑使用。在使用阶段，钢筋桁架与混凝土共同工作，共同承受使用荷载。与传统的施工方法不同，在施工现场，可以将钢筋桁架楼承板直接铺设在梁上，然后进行简单的钢筋工程，便可浇筑混凝土，楼板施工不需要架设木模板及脚手架，底部镀锌钢板仅做模板用，不替代受力钢筋，故不需考虑防火喷涂及防腐维护的问题，可采用最薄的钢板。并且，楼板的主要受力钢筋在自动控制生产线上进行定位和焊接成型钢筋排列均匀，位置准确，施工快速，可减少现场钢筋绑扎工作量70%左右，大大缩短工期，并节省成本。上下两层钢筋间距及混凝土保护层厚度能充分得到保证，为提高楼板施工质量创造了有利条件。钢筋桁架楼承板将钢筋骨焊成整体，整体刚度大，楼板浇筑混凝土时变形小，一般无需加临时支撑，而且可承受更大的施工阶段荷载。

二、钢筋桁架楼承板的经济和技术优势
（1）施工速度快
钢筋桁架楼承板直接支承在钢梁或混凝土梁上，本身既是混凝土楼板的受力钢筋，也是施工脚手架更是混凝土楼板的模板，节省了搭设脚手架和支模板的时间。
钢筋桁架楼承板实现了在工厂钢筋下料、定位成型和定尺，钢筋废料少，有利于环保，楼板的施工现场只需布置横向分布筋和连接筋，钢筋绑扎工作量可减60～70%，提高整体施工速度。
钢筋桁架楼承板直接支承在楼层梁上，其桁架合理的受力模式,为多工种作业提供了宽敞的安全工作平台，浇筑混凝土及其它工种均可多层立体施工，楼板可多层同时浇筑，可充分发挥商品混凝土的优势，大大缩短了工期，尤其对规模较大的高层、超高层建筑具有明显的工期优势。
（2）受力性能好
混凝土楼板的自重完全由钢筋承受，不在混凝土内产生拉应力，使用阶段负弯矩区和正弯矩区混凝土拉应力显著降低，裂缝宽度减小，镀锌钢板的存在避免了楼板下面的暴露裂缝，改善了楼板的使用性能和耐久性。
采用钢筋桁架楼承板后可根据需要将楼板设计成双向板，等同于传统的现浇钢筋混凝土双向配筋楼板，而压型钢板组合楼板是难以实现双向板的，采用双向板不仅减小楼板结构层厚度、降低结构自重，增大跨度和开间，而且更加经济合理。
钢筋完全被混凝土包裹，具有可靠的耐火性能，与传统现浇楼板等同。试验结果标明，楼板厚度为100mm厚（对应的钢筋桁架高度为70mm）时，耐火时限为1.68小时，镀锌钢板无须防火保护。
钢筋桁架楼承板采用镀锌钢板，具有防腐蚀功能，但在使用阶段不考虑镀锌钢板的作用，无需防腐处理。相对于压型钢板组合楼板，钢筋桁架楼层板具有更优越防腐蚀性能。
楼板整体刚度大，振动小，隔声性能好，楼板下表面平整，易于建筑装修。钢筋桁架楼承板楼板的施工挠度小于传统压型钢板楼板的挠度。
（3）经济性好
钢筋桁架楼承板下表面平整美观，无需型压板肋和波纹，镀锌板展开面积利用率达到96%，厚度仅需0.5mm。与厚度为0.8～1.2mm的普通压型钢板相比，改变了压型钢板的用途,仅作为楼板施工阶段的摸板,减少了钢板厚度和镀锌层厚度，单位面积楼板钢板用量少，降低了成本，具有更好的经济性。
钢筋桁架楼承板的楼板比使用普通压型钢板的混凝土楼板总厚度可减少30mm～50mm，在相同净空要求的情况下，建筑层高可降低30mm～50mm。对高层建筑与抗震设防区的建筑更有明显的节省投资优势。
镀锌钢板仅0.5mm厚，现场栓钉穿透焊接耗电量大量减少，减小现场对电的需求，节省能源。楼板混凝土施工完毕并达到设计强度后，镀锌钢板可拆除回收利用，不仅可满足结构楼板底面观感的需要，又有利于环保。
钢筋桁架楼承板与压型钢板板材、线材耗量比
（一）闭口型钢板与钢筋桁架楼承板板材耗量及单价比　
压型钢板板型
宽度（mm）
展开宽度（mm）
压型钢板板材厚度（mm）
压型钢板单位重量（kg/m2）
压型钢板单价（元/M2）
钢筋桁架楼承板板材单位重量S=0.5mm(kg/m2)
钢筋桁架楼承板板材单价（元/m2）
耗板材重量比%
压型板与桁架楼承板单价比%
YX13 50-200-600
600
1000
0.75
9.81
61.71
4
20.24
245
305
0.9
11.77
74
4
20.24
294
366
1
13.08
79
4
20.24
329
390
1.2
15.7
98.75
4
20.24
393
488
YX13 65-185-555
555
1080
0.75
11.55
76.65
4
20.24
289
378
0.9
13.7
86.18
4
20.24
346
426
1
15.3
96.24
4
20.24
383
475
1.2
18.5
116.4
4
20.24
463
575
注：1:压型钢板用镀锌板双面镀锌量为275g/m2。
2:压型钢板用镀锌板s=0.75--1.20mm,市场均价5205元/吨。
3:设计压型钢板无需维修年限23年。
4:钢筋桁架镀锌板双面镀锌量为120g/m2。
5:钢筋桁架镀锌板s=0.5mm,市场均价4600/吨。
6:因钢筋桁架楼承板所形成的混凝土板与现浇混凝土板技术特性相同，因此不许考虑镀锌板使用年限。

（二）闭口压型钢板与钢筋桁架板板材耗量及单价比

压型钢板板型
宽度（mm）
展开宽度（mm）
压型钢板板材厚度（mm）
压型钢板单位重量（kg/m2）
压型钢板单价（元/M2）
钢筋桁架楼承板板材单位重量S=0.5mm(kg/m2)
钢筋桁架楼承板板材单价（元/m2）
耗板材重量比%
压型板与桁架楼承板单价比%
YX76-344-688
344
1000
0.8
9.13
54
4
20.24
228
269
0.9
10.29
61
4
20.24
257
301
1
11.41
65
4
20.24
285
321
1.2
13.69
81.16
4
20.24
352
401
YX51-250-750
250
1000
0.8
8.69
52.58
4
20.24
221
260
0.9
9.42
55.84
4
20.24
236
278
1
10.49
62.09
4
20.24
262
309
1.2
12.56
74.46
4
20.24
314
368
注：1:压型钢板用镀锌板双年镀锌量为275g/m2。
2:压型钢板用镀锌板s=0.75--1.20mm,市场均价5205元/吨。
3:设计压型钢板无需维修年限23年。
4:钢筋桁架镀锌板双面镀锌量为120g/m2。
5:钢筋桁架镀锌板s=0.5mm,市场均价4600/吨。
6:因钢筋桁架楼承板所形成的混凝土板与现浇混凝土板技术特性相同，因此不许考虑镀锌板使用年限。

（三）闭口压型钢板与钢筋桁架楼承板耗线材量对比用单价比

压型钢板板型
压型钢板厚度(mm)
压型钢板楼承板线材耗量(kg/㎡)
压型钢板楼承板线材单价(元/㎡)
压型钢板楼承板型号
钢筋桁架楼承板线材耗量(kg/㎡)
压板与桁板线材耗量比%
桁架楼承板线材单价(元/㎡)
压板与桁板线材单价比%
允许使用荷载 (KN/㎡)
备注
YX76-344-688
0.90
5.213
20.33
LHA3-70
10.99
47.44
43.96
46.25
2.0

0.90
5.265
20.54
LHA3-80
11.10
47.43
44.40
46.26
2.5

0.90
5.318
20.74
LHA3-90
11.32
46.98
45.28
45.81
3.0

0.90
6.070
23.68
LHA3-100
11.54
52.60
46.16
51.30
3.5

0.90
6.131
23.91
LHA3-110
11.78
53.60
47.12
50.74
4.0

0.90
6.220
24.26
LHA3-120
11.90
52.27
47.60
50.97
4.5

YX51-250-750
1.00
5.213
20.33
LHA3-70
10.99
47.43
43.96
46.25
2.0

1.00
5.265
20.54
LHA3-80
11.10
46.89
44.40
46.26
2.5

1.00
5.318
20.74
LHA3-90
11.32
46.98
45.28
45.81
3.0

1.00
6.070
23.68
LHA3-100
11.54
52.60
46.16
51.30
3.5

1.00
6.131
23.91
LHA3-110
11.78
52.05
47.12
50.74
4.0

1.00
6.220
24.26
LHA3-120
11.90
52.26
47.60
50.09
4.5

注：技术条件：
一、工程概况：1、次梁间距3.0m连续梁。
2、楼板厚度：
100mm

110mm
120mm
130mm
140mm
150mm

3、混凝土C30
二、荷载情况：
1、施工阶段：1)湿混凝土重量：2.5kN/㎡
2.75kN/㎡
3.00KN/㎡
3.25KN/㎡
3.50KN/㎡
3.75KN/㎡

2)施工荷载：1.5/㎡
2、使用阶段：1)楼板：
2.5KN/㎡
2.75kN/㎡
3.00KN/㎡
3.25KN/㎡
3.50KN/㎡
3.75KN/㎡

2)面层
1KN/㎡

3)吊顶
0.3KN/㎡

4)楼面活荷载：2.0KN/㎡
2.5kN/㎡
3.00KN/㎡
3.5KN/㎡
4.00KN/㎡
4.5KN/㎡

三、材料： 1、HRB-335市场单价3900元/吨
2、HRB-400市场单价4000元/吨

（四）开口压型钢板与钢筋桁架楼承板线材耗量及单价比

压型钢板板型
压型钢板厚度(mm)
压型钢板楼承板线材耗量(kg/㎡)
压型钢板楼承板线材单价(元/㎡)
压型钢板楼承板型号
钢筋桁架楼承板线材耗量(kg/㎡)
压板与桁板线材耗量比%
桁架楼承板线材单价(元/㎡)
压板与桁板线材单价比%
允许使用荷载 (KN/㎡)
YX76-344-688
0.80
5.47
21.34
LHA3-70
10.99
49.77
43.96
48.55
2.0
0.80
5.58
21.76
LHA3-80
11.10
50.27
44.40
49.01
2.5
0.80
5.69
22.20
LHA3-90
11.32
50.27
45.28
49.03
3.0
0.80
6.30
24.57
LHA3-100
11.54
54.59
46.16
53.23
3.5
0.80
6.45
25.16
LHA3-110
11.78
54.75
47.12
53.40
4.0
0.80
6.58
25.67
LHA3-120
11.90
55.29
47.60
53.93
4.5
YX51-250-750
1.00
5.47
21.34
LHA3-70
10.99
49.77
43.96
48.55
2.0
1.00
5.58
21.76
LHA3-80
11.10
50.27
44.40
49.01
2.5
1.00
5.69
22.20
LHA3-90
11.32
50.27
45.28
49.03
3.0
1.00
6.33
24.57
LHA3-100
11.54
54.59
46.16
53.33
3.5
1.00
6.45
25.16
LHA3-110
11.78
54.75
47.12
53.40
4.0
1.00
6.58
25.67
LHA3-120
11.90
55.29
47.60
53.93
4.5
注：技术条件：
一、工程概况：1、次梁间距3.0m连续梁。
2、楼板厚度：
100mm
110mm
120mm
130mm
140mm
150mm

3、混凝土C30

二、荷载情况：
1、施工阶段：1)湿混凝土重量：2.5kN/㎡
2.75kN/㎡
3.00KN/㎡
3.25KN/㎡
3.50KN/㎡
3.75KN/㎡

2)施工荷载：1.5/㎡
2、使用阶段：1)楼板：

2.5KN/㎡
2.75kN/㎡
3.00KN/㎡
3.25KN/㎡
3.50KN/㎡
3.75KN/㎡

2)面层
1KN/㎡

3)吊顶
0.3KN/㎡

4)楼面活荷载：2.0KN/㎡

2.5kN/㎡
3.00KN/㎡
3.5KN/㎡
4.00KN/㎡
4.5KN/㎡

三、材料： 1、HRB-335市场单价3900元/吨
2、HRB-400市场单价4000元/吨

（4）楼板施工质量高
楼板受力钢筋是在工厂下料加工，材料质量容易保证，受力钢筋自动机械化加工和焊接定位，间距排列均匀，上下层钢筋位置固定准确，钢筋不会在浇筑混凝土过程中移位，上下层钢筋混凝土保护层厚度能保证符合设计要求。有效地解决了混凝土漏浆现象的发生。
钢筋桁架楼承板重量轻，搬运、堆放及安装都非常方便，不仅节省了大量劳动力，改善了工人施工条件，提高了工程质量，实现文明施工。
先进的产品制造方法,明显的综合了造价优势,将会使钢筋桁架楼承板技术得到更加广泛的应用。

三、钢筋桁架楼承板与压型钢板的技术性能比较
（1）钢板利用率比较
板型
肋高（mm）
有效宽度（mm）
展开宽度（mm）
利用率（％）
闭口压型钢板1
40
555
980
56.6
闭口压型钢板2
65
555
1230
74

开口压型钢板1
51
915
1230
74
开口压型钢板2
76
915
1280
71
缩口压型钢板
51
590
1025
57
钢筋桁架楼承板
2
566
608
93

（2）钢材特性比较
板型
板材
镀层
屈服强度
闭口压型钢板
镀铝锌板
双面镀铝锌275～300g/m2
≥345MPa
开口压型钢板
镀锌板
双面镀锌275g/m2
≥300MPa
缩口压型钢板
镀锌板
双面镀锌275g/m2
≥550MPa
钢筋桁架楼承板
镀锌板
双面镀锌≥120g/m2
≥235MPa

（3）楼板受力性能比较
板型
施工模板
施工阶段承载
使用阶段承载钢筋
普通压型钢板
镀锌钢板
压型钢板
另配钢筋
组合压型钢板
镀锌或镀铝锌钢板
压型钢板
压型钢板等效部分受拉钢筋
钢筋桁架楼承板
镀锌钢板
钢筋桁架
钢筋桁架

（4）抗火性能比较
在楼板耐火1.5小时及免防火涂料的要求下的最小楼板厚度，采用闭口压型钢板时≥110mm，采用开口压型钢板1时≥130mm，采用开口压型钢板2时≥150mm，采用缩口压型钢板≥110mm，采用钢筋桁架楼承板时≥100mm（100mm厚时耐火1.68小时）。
对于施工阶段作模板、使用阶段作受力钢筋的压型钢板组合楼板，例如闭口压型钢板、开口压型钢板、缩口压型钢板，当钢－砼组合楼板过火后，由于过火时间、组合楼板抗火性能的不同，组合楼板会发生不同程度的变形及损坏，因此需要对此钢－砼组合楼板进行过火后修复。需要考虑以下两个方面的问题：过火后组合楼板有效承载面积是否有变化，组合楼板的强度及延性是否有变化，承载力能否满足楼板使用要求；‚抗腐蚀作用的镀层受到破坏后，钢楼承板的防腐蚀年限问题如何解决。
而对于楼板中使用钢筋桁架楼承板，楼板过火后的修复等同于传统的现浇钢筋混凝土楼板，而传统的现浇钢筋混凝土楼板在抗火修复的问题上 处理起来比较有经验而且不存在防腐镀层破坏的问题。
（5）防腐性能比较
采用开口压型钢板缩口压型钢板，按照英国标准一般热浸镀锌板在双面度量275g/m2、室内、干燥的条件下，首度需要防护的时间为22.5年。采用钢筋桁架楼承板时，镀锌板仅作施工阶段模板用，使用阶段不受力，可不考虑防腐问题
（6）按双向受力楼板设计比较
钢筋桁架楼承板由于下表面平整，在不增加楼板结构层厚度的情况下，楼板可以比较方便地施工下层分布钢筋，而其它压型钢板楼承板，如开口压型钢板、缩口压型钢板，要作双向楼板，则必须牺牲压型钢板的肋高，从而增加了楼板结构层的总厚度，导致建筑净高、结构自重、造价等方面受到不利影响。
钢筋桁架混凝土楼板按双向板计算时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。
目前，多高层钢结构建筑楼板一般采用带一定肋高的压型钢板—混凝土组合楼板，这种楼板有楼板总厚度大、使建筑物室内净高减小、楼板下表面不平整、钢筋绑扎繁琐，钢筋间距及混凝土保护层厚度不好控制、防腐耐火及不能做成双向板等方面的不足。

四、钢筋桁架楼承板的应用前景
为充分发挥钢结构施工周期短的优点，多高层钢结构楼板一般采用肋高51mm和76mm，板厚0.8～1.2mm的闭口式或开口式压型钢板的组合和非组合楼板。压型钢板组合楼板省去了支模脚手架，加快了楼板施工的速度。但由于压型钢板本身的材料和截面特性，做为钢结构配套产品也存在以下不足之处：综合造价偏高；楼板厚度比现浇混凝土楼板厚20～50mm，使得建筑楼层净高降低；其下表面不平整；抗火与防腐性能有待研究探讨；楼板的双向刚度不同，对传递水平力有一定的影响；现场有较大的钢筋绑扎工作量，且支座处上部负筋位置不易保证准确；压型钢板的肋高对管线布置和冬季施工中添加剂的影响。
钢筋桁架楼承板是将现浇混凝土楼板中的上、下层纵向钢筋，与弯折成形的小直径腹筋焊接，组成具有一定刚度且能够承受荷载的小桁架，再将该小桁架的弯脚与肋高仅2mm，板厚为0.4～0.6mm的压型钢板焊接。所有这些加工操作均是在工厂内利用自动化生产线完成的。
钢筋桁架楼承板在施工阶段，将底下的压型钢板相互扣接，以托住混凝土，由钢筋桁架提供强度和刚度；在使用阶段，钢筋桁架就是混凝土楼板的配筋，以承受使用荷载。因此，它具有压型钢板组合或非组合楼板的施工速度快的优势，又具有现浇整体刚度大，抗震性能好的优点。采用钢筋桁架楼承板时楼板厚度100～200mm，施工阶段无支撑跨度3～5m，传统压型钢板楼板厚度110mm以上，施工阶段无支撑跨度2.5~3.5m。采用钢筋桁架楼承板明显优于现浇板和压型钢板，最大无支撑楼板跨度可做到5.4m。

五、钢筋桁架楼承板的设计
1、钢筋桁架楼承板选材
钢筋：钢筋桁架模板上下弦钢筋采用成盘供应的热轧钢筋HPB235、HRB400或冷轧带肋钢筋550级；腹杆采用成盘供应的冷轧光圆钢筋550级或650级桁架支座钢筋用热轧钢筋HPB235或HRB335。
镀锌钢板：采用0.5mm厚，双面镀锌量为120~180g/mm2的镀锌钢板。对于压型钢板的镀锌量，太低了起不到防腐作用，太高了又容易和混凝土发生化学反应，根据美国ASCE标准，其对组合楼板用压型钢板镀锌量要求为275--300g/m2。对于非组合楼板，因钢板不参与结构受力，钢板防腐要求可比组合楼板有所降低。
2、钢筋桁架楼承板计算
钢筋桁架楼承板从浇筑混凝土到达到设计强度过程中，楼板受力明显不同，所以应进行施工及使用两阶段计算。
（1）施工阶段计算
在施工阶段钢筋桁架承担该阶段全部施工活荷载和混凝土自重，当施工阶段设有可靠临时支撑时，设计时无需进行施工阶段验算；当施工阶段不设临时支撑时，采用桁架模型计算，依据《钢结构设计规范（GB 50017）》有关规定计算。承载能力极限状态按荷载效应基本组合，重要性系数取0.9。挠度采用荷载的标准效应组合计算。
施工阶段荷载包括钢筋桁架模板自重、湿混凝土重量以及施工荷载。施工荷载采用均布荷载为1.5kN/m2和跨中集中荷载沿板宽为2.5kN/m中较不利者，不考虑二者同时作用。
施工阶段应计算上下弦钢筋强度和受压弦钢筋及腹筋稳定性。内容包括上下弦杆强度验算、受压弦杆和腹杆稳定性验算以及桁架挠度验算。混凝土达到设计强度后，楼板上承受的施工荷载大于使用荷载、楼板无临时支撑时，应参照使用阶段计算方法验算楼板的强度和变形。
施工阶段钢筋桁架模板的最大挠度应按荷载的标准组合进行计算，挠度与跨度之比值不大于1/180，也不大于20mm。
（2）使用阶段计算
使用阶段计算包括楼板的正截面承载力计算、楼板下部钢筋应力控制验算、支座裂缝控制验算以及挠度验算。
楼板正截面承载力应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010及《冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程》JGJ 95有关规定计算。
楼板支座的最大裂缝宽度限值按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010有关规定执行。其裂缝控制验算应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中相关公式执行，其中 应为除楼板自重以外的永久荷载以及楼面活荷载作用下按荷载效应标准组合计算的弯矩值。
楼面活荷载作用下楼板的挠度不应超过计算跨度的1/350，楼板自重、除楼板自重以外的永久荷载以及楼面活荷载作用下楼板的挠度不应超过计算跨度的1/250。在楼板挠度计算中，刚度按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010中相关公式计算。