现浇楼板在钢结构工程中的应用分析

李宪杰

(中国铁建房地产集团有限公司，北京 100855)

1 工程应用实例

某工程总建筑面积23 050 m2，地下2层，建筑面积为8 030 m2，地上11层，建筑面积为15 020 m2。地下2层为全现浇混凝土结构，地下1层为劲性结构，地上为高层全钢框架结构，钢结构柱梁节点设计均使用全螺栓连接(当前，钢结构柱梁节点有全焊、全螺栓、栓焊混合三种刚性连接形式，全焊连接强度好，高强螺栓施工速度快)。此工程钢结构框架楼板总面积约13 000多平方米，原设计为混凝土叠合板，做法为80 mm厚钢筋混凝土预制板作为基础板，板顶做成凹凸差不小于4 mm的粗糙面，板上部甩筋，然后在施工现场将基础板吊装支撑在梁顶焊有栓钉剪力连接件的钢梁上，当叠合现浇层内的钢筋绑扎完成后，将板面清洗干净刷水泥浆或刷界面剂，然后浇灌40 mm厚强度等级为C35混凝土，形成整体混凝土叠合板。我公司对其楼板选型进行了认真分析，提出了将叠合楼板改为全现浇楼板的建议，得到了设计、监理和业主的一致认可，该工程楼板类型的优选，取得了较好的工程收益。

2 组合楼板与现浇楼板比选分析

组合楼板主要有混凝土叠合板和压型钢板混凝土组合楼板两种形式，下面将组合楼板和现浇楼板进行比选分析。

2.1 混凝土叠合板楼板

混凝土叠合板楼板是将预制板作为结构楼板的一部分，又作为叠合现浇层的模板，当现浇混凝土达到设计的强度时，栓钉连接件使槽口混凝土、现浇层及预制板与钢梁连成整体共同工作，形成钢梁—混凝土叠合板组合梁，预制板和现浇层相结合形成叠合板。经分析原设计方案存在的问题有:

1)预制基础板分为有支撑板和无支撑板，原设计方案为无支撑板，从设计上需要对叠合构件做二阶段受力分析，以满足施工阶段和使用阶段承载强度，当验算不满足要求时，需增加基础板厚度或加大配筋，无疑将增加工程造价，加大施工难度。

2)无支撑叠合板虽然施工简便，但从设计角度来看二阶段受力分析复杂，现行的结构计算软件一般不能支持直接计算叠合板二阶段受力强度，在较大的工程中使用时，设计验算将会比较繁琐、困难，也因此可能会出现安全隐患或成本增加的风险。

3)原设计图纸中预制基础板的铺向为同一个方向，这样会造成承重梁与非承重梁的受力不均匀，且板边与非承重梁连接薄弱，达不到刚性连接，从而降低了结构的整体性。

4)钢结构中的柱梁翼缘连接为全螺栓连接，由于柱牛腿长度450 mm，高强螺栓帽高度35 mm，致使预制基础板不能铺到柱边，成了施工的重要难题，如果在牛腿及柱子范围内均做全现浇板，就需要增加模板及模板支撑，加大了施工难度，且现浇板与预制板接合处存在裂缝隐患，见图1。

图1 预制基础板铺设剖面示意图

5)该工程管道井内管道设计较密，预制板开洞后会削弱叠合基础板的刚度和最终承载力，从而增加支撑费用，且不易加固。

6)每块预制基础板重量在0.3 t左右，安装时需要起重机械，现场的起重机械主要用于钢结构构件的吊装，如果同时用来吊装每层近1 000块的预制基础板，需要占用较多的吊次，根据核算，现场的起重机械将满足不了施工进度需求。

7)预制基础板的水平运输主要由人工操作，由于单块板重量较大，无疑加大了施工难度，且操作也不安全，存在诸多的安全质量隐患。

8)叠合板易在板缝结合处出现裂缝，且在修复后还会重复出现，容易造成用户对工程质量的误解。

2.2 压型钢板混凝土组合楼板

压型钢板混凝土组合楼板是将压型钢板铺设在钢梁上，在压型钢板和钢梁翼缘板之间用圆柱头焊钉作为连接件进行穿透焊接(或采用其他连接件)，然后浇筑混凝土形成组合楼板。简单地说，压型钢板就是一种永久性的模板，合理设计后，不需要设置临时支撑，在施工阶段由压型钢板承受混凝土板重量和施工荷载。随着技术的发展，压型钢板的种类越来越多，有开口式、闭口式、自承式等多种形式，目前使用较为普遍的为开口式(节点示意图见图2，图3)，它和混凝土组合通过两种材料的特性使其共同工作，发挥出良好的受力性能及变形能力，形成较好的楼板体系。如果选用压型钢板组合楼板，对建筑物也有一些不利的因素:

1)从设计角度讲，压型钢板与混凝土之间的粘结作用是保证二者共同工作的基础，它对楼板的破坏形态、承载力、刚度和变形等计算理论影响较大。现行有关方法在计算压型钢板—混凝土组合楼板的挠度变形时，忽略了压型钢板与混凝土板之间的相对滑移，从而导致其变形计算值偏低，偏于不安全。

2)由于压型钢板混凝土楼板实际的折算板厚较小，虽然楼板自重较小，但楼板的面内、面外刚度较弱，不能较好的将水平地震力按侧移刚度均匀地传递给抗侧力构件，造成结构的抗震性能较弱。

图2 压型钢板组合楼板纵向连接构造示意图

图3 压型钢板组合楼板横向支撑构造示意图

3)同混凝土叠合楼板一样，压型钢板布板一般也是按同一个方向实施，同样会造成承重梁与非承重梁的受力不均匀，且板边与非承重梁连接薄弱，从而降低了结构的整体性，也最终降低了结构的抗震性能。

4)选用压型钢板，将会增加材料费用，尤其是镀锌压型钢板，本身造价较高，而且需要进行防火处理。

5)楼板中增加压型钢板，楼层净高会有少量的降低。

6)压型钢板板厚较薄时，固然省材料，但其刚度降低，不能满足代替施工模板的功能，需增加支撑或减小板跨，加大了成本投入;如果压型钢板板厚较厚时，板跨变大了，也可省略支撑，但是板的造价增加后同样不太经济。

7)压型钢板种类较多，生产厂商都有各自的一套技术资料，选型繁琐，给设计人员带来不便。

2.3 现浇混凝土楼板

现浇混凝土楼板是结构设计中最常用的一种楼板，也是设计及施工人员最为熟悉的一种结构形式。虽然它也存在湿作业多、现场凌乱、需要传统的模板支撑系统等缺点，但是它在本工程实例中的应用体现出一定的优势:

1)现浇钢筋混凝土楼板具有整体性好、水平刚度大的优点，是较理想的抗震构件，不但可消除滑移、散落问题，还可增加房屋的整体性。较强的楼板水平刚度使水平内力传递具有良好的条件，平面上，当上下墙体不对齐时，现浇楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用。因此，采用现浇楼板是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法。

2)现浇楼板整体浇筑成型，适用于整体性要求较高的建筑物或有管道穿过楼板或尺度不符合模数要求的房间。

3)相对于压型钢板混凝土楼板，现浇楼板减少了用钢量，且结构耐火性能好，同样发生火灾后，现浇楼板结构受到的损伤较小，也容易修复使用。

4)施工工艺简单，取材方便，造价低廉，适用范围广，质量控制有完备的技术措施。

5)现场预留洞口方便，不受多重因素限制，便于设备和管道的垂直铺设。

6)由于现浇楼板密实度好，抗渗性能强，一般可以避免楼板向下渗水的现象。

7)由于现在都采用清水模板施工，拆模后板底光滑平整，美观整洁，便于装修。

根据以上对比分析，现浇混凝土楼板与另外两种组合楼板相比，现浇混凝土楼板有着整体性好、抗震能力强、易于安全防护、施工速度快、质量控制有完备的技术措施等优点，并且能较好的解决某工程原设计图纸在施工时出现的重要难题。通过比选分析，该工程选用了现浇混凝土楼板，节约了工程成本，取得了良好的工程效益。以某工程为例，对以上楼板进行施工和成本的比较分析(见表1)。

表1 现浇楼板与组合楼板比较表

3 钢结构工程中现浇楼板施工注意事项

现浇混凝土楼板需要现场支模、扎筋、浇灌混凝土等施工程序，工序繁多，除了做好现浇混凝土楼板质量通病的防治外，还应根据钢结构构件的特点做好施工方案优化，以下是某工程中可供借鉴的一些做法:

1)根据“工”字钢梁特点，改进了传统的模板支撑系统，将符合跨度要求的楼板省去了竖向支撑体系，有效的减少了支模拆模的繁琐工序，加快了施工进度，减少了周转料用量。小跨度楼板底面支设模板示意图见图4。

图4 小跨度楼板底面支设模板示意图

2)由于混凝土楼板边模容易出现胀模，对边模的支设进行了研究，根据需要制定了三角形支架，三角支架的应用减少了模板重复支设，加快了施工进度，保证了工程质量(见图5)。

图5 混凝土楼板边模支设

图6 楼板混凝土成型效果

3)针对个别楼板跨中出现反拱现象，我公司在次龙骨搭接处设主龙骨，并严格控制龙骨的悬挑长度。

4)将模板周边设通长边龙骨，并在钢梁翼缘下部粘贴密封条，有效避免了混凝土楼板与钢梁上翼缘错台、板与钢梁拼缝处漏浆现象(见图6)。

4 工程效益和社会效益

经过对楼板的比选分析，结合某工程实际情况，最后各参建方达成一致意见，选用了现浇混凝土楼板。现浇混凝土楼板有着整体性好、抗震能力强、易于安全防护、施工速度快、质量控制有完备的技术措施等优点。该钢结构工程现浇楼板的选用，打破了钢结构工程中的结构楼板一般选用压型钢板混凝土组合楼板的常规，解决了原设计图纸在施工时出现的难题，并且在施工时，我公司成立了QC质量控制小组，对现浇楼板容易在钢结构工程中出现的质量问题制定了相应的保证措施，经过质量小组严格的过程控制，质量通病得到了有效的防治，施工质量良好，得到了各界的一致认可。现浇楼板在钢结构中的成功应用，是当时技术上的创新和施工节能的体现，取得了良好的经济效益和社会效益，当地的另外一个类似钢结构工程的楼板设计也借鉴了些成功案例，采用了现浇楼板体系。

［1］ 赵鸿铁，张素梅.组合结构设计原理［M］.北京:高等教育出版社，2005.

［2］ 朱聘儒.钢—混凝土组合梁设计原理［M］.第2版.北京:中国建筑工业出版社，2006.

［3］ GB 50011-2001，建筑抗震设计规范［S］.

［4］ GB 50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范［S］.