現澆樓板在鋼結構工程中的應用分析

李憲杰

(中國鐵建房地產集團有限公司，北京 100855)

1 工程應用實例

某工程總建筑面積23 050 m2，地下2層，建筑面積為8 030 m2，地上11層，建筑面積為15 020 m2。地下2層為全現澆混凝土結構，地下1層為勁性結構，地上為高層全鋼框架結構，鋼結構柱梁節點設計均使用全螺栓連接(當前，鋼結構柱梁節點有全焊、全螺栓、栓焊混合三種剛性連接形式，全焊連接強度好，高強螺栓施工速度快)。此工程鋼結構框架樓板總面積約13 000多平方米，原設計為混凝土疊合板，做法為80 mm厚鋼筋混凝土預制板作為基礎板，板頂做成凹凸差不小于4 mm的粗糙面，板上部甩筋，然后在施工現場將基礎板吊裝支撐在梁頂焊有栓釘剪力連接件的鋼梁上，當疊合現澆層內的鋼筋綁扎完成后，將板面清洗干凈刷水泥漿或刷界面劑，然后澆灌40 mm厚強度等級為C35混凝土，形成整體混凝土疊合板。我公司對其樓板選型進行了認真分析，提出了將疊合樓板改為全現澆樓板的建議，得到了設計、監理和業主的一致認可，該工程樓板類型的優選，取得了較好的工程收益。

2 組合樓板與現澆樓板比選分析

組合樓板主要有混凝土疊合板和壓型鋼板混凝土組合樓板兩種形式，下面將組合樓板和現澆樓板進行比選分析。

2.1 混凝土疊合板樓板

混凝土疊合板樓板是將預制板作為結構樓板的一部分，又作為疊合現澆層的模板，當現澆混凝土達到設計的強度時，栓釘連接件使槽口混凝土、現澆層及預制板與鋼梁連成整體共同工作，形成鋼梁—混凝土疊合板組合梁，預制板和現澆層相結合形成疊合板。經分析原設計方案存在的問題有:

1)預制基礎板分為有支撐板和無支撐板，原設計方案為無支撐板，從設計上需要對疊合構件做二階段受力分析，以滿足施工階段和使用階段承載強度，當驗算不滿足要求時，需增加基礎板厚度或加大配筋，無疑將增加工程造價，加大施工難度。

2)無支撐疊合板雖然施工簡便，但從設計角度來看二階段受力分析復雜，現行的結構計算軟件一般不能支持直接計算疊合板二階段受力強度，在較大的工程中使用時，設計驗算將會比較繁瑣、困難，也因此可能會出現安全隱患或成本增加的風險。

3)原設計圖紙中預制基礎板的鋪向為同一個方向，這樣會造成承重梁與非承重梁的受力不均勻，且板邊與非承重梁連接薄弱，達不到剛性連接，從而降低了結構的整體性。

4)鋼結構中的柱梁翼緣連接為全螺栓連接，由于柱牛腿長度450 mm，高強螺栓帽高度35 mm，致使預制基礎板不能鋪到柱邊，成了施工的重要難題，如果在牛腿及柱子范圍內均做全現澆板，就需要增加模板及模板支撐，加大了施工難度，且現澆板與預制板接合處存在裂縫隱患，見圖1。

圖1 預制基礎板鋪設剖面示意圖

5)該工程管道井內管道設計較密，預制板開洞后會削弱疊合基礎板的剛度和最終承載力，從而增加支撐費用，且不易加固。

6)每塊預制基礎板重量在0.3 t左右，安裝時需要起重機械，現場的起重機械主要用于鋼結構構件的吊裝，如果同時用來吊裝每層近1 000塊的預制基礎板，需要占用較多的吊次，根據核算，現場的起重機械將滿足不了施工進度需求。

7)預制基礎板的水平運輸主要由人工操作，由于單塊板重量較大，無疑加大了施工難度，且操作也不安全，存在諸多的安全質量隱患。

8)疊合板易在板縫結合處出現裂縫，且在修復后還會重復出現，容易造成用戶對工程質量的誤解。

2.2 壓型鋼板混凝土組合樓板

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作為連接件進行穿透焊接(或采用其他連接件)，然后澆筑混凝土形成組合樓板。簡單地說，壓型鋼板就是一種永久性的模板，合理設計后，不需要設置臨時支撐，在施工階段由壓型鋼板承受混凝土板重量和施工荷載。隨著技術的發展，壓型鋼板的種類越來越多，有開口式、閉口式、自承式等多種形式，目前使用較為普遍的為開口式(節點示意圖見圖2，圖3)，它和混凝土組合通過兩種材料的特性使其共同工作，發揮出良好的受力性能及變形能力，形成較好的樓板體系。如果選用壓型鋼板組合樓板，對建筑物也有一些不利的因素:

1)從設計角度講，壓型鋼板與混凝土之間的粘結作用是保證二者共同工作的基礎，它對樓板的破壞形態、承載力、剛度和變形等計算理論影響較大。現行有關方法在計算壓型鋼板—混凝土組合樓板的撓度變形時，忽略了壓型鋼板與混凝土板之間的相對滑移，從而導致其變形計算值偏低，偏于不安全。

2)由于壓型鋼板混凝土樓板實際的折算板厚較小，雖然樓板自重較小，但樓板的面內、面外剛度較弱，不能較好的將水平地震力按側移剛度均勻地傳遞給抗側力構件，造成結構的抗震性能較弱。

圖2 壓型鋼板組合樓板縱向連接構造示意圖

圖3 壓型鋼板組合樓板橫向支撐構造示意圖

3)同混凝土疊合樓板一樣，壓型鋼板布板一般也是按同一個方向實施，同樣會造成承重梁與非承重梁的受力不均勻，且板邊與非承重梁連接薄弱，從而降低了結構的整體性，也最終降低了結構的抗震性能。

4)選用壓型鋼板，將會增加材料費用，尤其是鍍鋅壓型鋼板，本身造價較高，而且需要進行防火處理。

5)樓板中增加壓型鋼板，樓層凈高會有少量的降低。

6)壓型鋼板板厚較薄時，固然省材料，但其剛度降低，不能滿足代替施工模板的功能，需增加支撐或減小板跨，加大了成本投入;如果壓型鋼板板厚較厚時，板跨變大了，也可省略支撐，但是板的造價增加后同樣不太經濟。

7)壓型鋼板種類較多，生產廠商都有各自的一套技術資料，選型繁瑣，給設計人員帶來不便。

2.3 現澆混凝土樓板

現澆混凝土樓板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。雖然它也存在濕作業多、現場凌亂、需要傳統的模板支撐系統等缺點，但是它在本工程實例中的應用體現出一定的優勢:

1)現澆鋼筋混凝土樓板具有整體性好、水平剛度大的優點，是較理想的抗震構件，不但可消除滑移、散落問題，還可增加房屋的整體性。較強的樓板水平剛度使水平內力傳遞具有良好的條件，平面上，當上下墻體不對齊時，現澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用。因此，采用現澆樓板是一種較好的增強樓房結構空間剛度和整體穩定性的方法。

2)現澆樓板整體澆筑成型，適用于整體性要求較高的建筑物或有管道穿過樓板或尺度不符合模數要求的房間。

3)相對于壓型鋼板混凝土樓板，現澆樓板減少了用鋼量，且結構耐火性能好，同樣發生火災后，現澆樓板結構受到的損傷較小，也容易修復使用。

4)施工工藝簡單，取材方便，造價低廉，適用范圍廣，質量控制有完備的技術措施。

5)現場預留洞口方便，不受多重因素限制，便于設備和管道的垂直鋪設。

6)由于現澆樓板密實度好，抗滲性能強，一般可以避免樓板向下滲水的現象。

7)由于現在都采用清水模板施工，拆模后板底光滑平整，美觀整潔，便于裝修。

根據以上對比分析，現澆混凝土樓板與另外兩種組合樓板相比，現澆混凝土樓板有著整體性好、抗震能力強、易于安全防護、施工速度快、質量控制有完備的技術措施等優點，并且能較好的解決某工程原設計圖紙在施工時出現的重要難題。通過比選分析，該工程選用了現澆混凝土樓板，節約了工程成本，取得了良好的工程效益。以某工程為例，對以上樓板進行施工和成本的比較分析(見表1)。

表1 現澆樓板與組合樓板比較表

3 鋼結構工程中現澆樓板施工注意事項

現澆混凝土樓板需要現場支模、扎筋、澆灌混凝土等施工程序，工序繁多，除了做好現澆混凝土樓板質量通病的防治外，還應根據鋼結構構件的特點做好施工方案優化，以下是某工程中可供借鑒的一些做法:

1)根據“工”字鋼梁特點，改進了傳統的模板支撐系統，將符合跨度要求的樓板省去了豎向支撐體系，有效的減少了支模拆模的繁瑣工序，加快了施工進度，減少了周轉料用量。小跨度樓板底面支設模板示意圖見圖4。

圖4 小跨度樓板底面支設模板示意圖

2)由于混凝土樓板邊模容易出現脹模，對邊模的支設進行了研究，根據需要制定了三角形支架，三角支架的應用減少了模板重復支設，加快了施工進度，保證了工程質量(見圖5)。

圖5 混凝土樓板邊模支設

圖6 樓板混凝土成型效果

3)針對個別樓板跨中出現反拱現象，我公司在次龍骨搭接處設主龍骨，并嚴格控制龍骨的懸挑長度。

4)將模板周邊設通長邊龍骨，并在鋼梁翼緣下部粘貼密封條，有效避免了混凝土樓板與鋼梁上翼緣錯臺、板與鋼梁拼縫處漏漿現象(見圖6)。

4 工程效益和社會效益

經過對樓板的比選分析，結合某工程實際情況，最后各參建方達成一致意見，選用了現澆混凝土樓板。現澆混凝土樓板有著整體性好、抗震能力強、易于安全防護、施工速度快、質量控制有完備的技術措施等優點。該鋼結構工程現澆樓板的選用，打破了鋼結構工程中的結構樓板一般選用壓型鋼板混凝土組合樓板的常規，解決了原設計圖紙在施工時出現的難題，并且在施工時，我公司成立了QC質量控制小組，對現澆樓板容易在鋼結構工程中出現的質量問題制定了相應的保證措施，經過質量小組嚴格的過程控制，質量通病得到了有效的防治，施工質量良好，得到了各界的一致認可。現澆樓板在鋼結構中的成功應用，是當時技術上的創新和施工節能的體現，取得了良好的經濟效益和社會效益，當地的另外一個類似鋼結構工程的樓板設計也借鑒了些成功案例，采用了現澆樓板體系。

［1］ 趙鴻鐵，張素梅.組合結構設計原理［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［2］ 朱聘儒.鋼—混凝土組合梁設計原理［M］.第2版.北京:中國建筑工業出版社，2006.

［3］ GB 50011-2001，建筑抗震設計規范［S］.

［4］ GB 50204-2002，混凝土結構工程施工質量驗收規范［S］.