全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系结构介绍

刘建波，贺 冉，许建豪，汤 曦，陈俊清

(湖南城市学院，土木工程国家级实验教学示范中心，湖南 益阳 413000)

1 绪 论

1.1 研究背景

目前，装配式建筑由于其自身存在的优点，是当今建筑行业中最热门，最主流的建筑类型之一。装配式建筑是指由预制部品部件在工地装配而成的建筑。装配式建筑有许多优点：①质量好：构件可标准化大量生产，几乎不受天气情况影响，在质量方面更加可靠；②节能环保：减少施工过程中的物料浪费，也大大减少了施工现场的建筑垃圾；③缩短工期：构件生产好之后拉到现场装配，减少了一部分工序，大大加快施工进度；④节约人力：构件在工厂生产完成，减少了人力需求，并降低了施工人员的劳动强度；⑤节省模板：由于叠合板做楼板底膜，外挂板做剪力墙的一侧模板，因此节省了大量的模板。房屋建筑结构由水平承重结构体系和竖向承重结构体系两部分组成而楼盖属于水平承重结构体系，它可以将上部楼层荷载传递到剪力墙、框架柱等承重结构。并且它能与竖向承重结构一起构成结构的整体框架，承受和传递荷载作用[1]。按照国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见，发展装配式建筑是建造方式的重大变革，是推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要举措，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，有利于促进建筑业与信息化工业化深度融合、培育新产业新动能、推动化解过剩产能。

1.2 装配式楼盖的发展状况

装配式木楼盖体系：随着社会的发展，人们的生活水平不断提高，人们越来越注重生活的质量，相对其他大部分楼盖而言，木楼盖居住更加舒适[2]。在木结构建筑住宅中，由于木楼盖结构性能存在的缺陷或不足，当人们进行活动时，会造成木楼盖的结构震动。虽然此类震动不足以危及建筑结构的使用安全，但会对人的生活环境质量有较大的影响，降低人们工作效率和生活质量[3]。装配式混凝土楼盖体系：目前最常见的装配式混凝土楼盖有两种：一种是混凝土空心楼盖，另外一种是混凝土实心楼盖。①装配式混凝土空心楼盖体系：由预制的空心拼板通过预应力钢筋整体张拉而成，是一种钢筋混凝土楼盖。它由于其结构特点，在减轻了楼盖的自重的同时又保证了楼盖的刚度和强度。此外，装配式混凝土楼盖可进行工业化批量生产，工厂生产出来后再运送到施工现场进行组装，与混凝土楼盖相比，可大幅度缩短施工时长，节省资金成本。但是这类楼盖楼板需设置在梁的顶部，这会影响建筑净空高度的设计，对建筑的设计有一定的限制性。②装配式混凝土实心楼盖体系：目前，预制的实心混凝土楼盖应用也较广泛。只要断面设计科学合理，实心混凝土楼盖的荷载承受能力也较强。装配式实心楼盖中的比较常见的就是T型楼盖，这类楼盖在国内外应用都比较广泛[4]。但是装配式实心混凝土楼盖的自重相对较大，使得它在抗震性能方面有一定的局限性。

装配式钢筋-混凝土组合楼盖体系:装配式钢筋-混凝土组合楼盖体系是由压型钢板和工字型钢梁的组合楼板通过栓钉连接形成。研究结果表明这种组合结构可满足组合性能要求。楼盖混凝土面板内采用双向配筋方式，这种模式十分灵活，并且抗震性和及整体性良好，因而应用范围广。但这类结构不适用于大跨度或者高层建筑，为了满足组合楼盖大跨度的要求，装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系由此产生。

装配式钢桁架-混凝土组合楼盖:其组成单元可划分为桁架和楼板，桁架截面形式主要包括三角形、梯形等。桁架是通过焊接、铆接和螺栓连接形成一种支撑横梁结构。其受力特征表现为拉压受力，这样可更好地利用材料性能，有利于节省材料。桁架和混凝土楼板主要通过抗剪连接件进行连接，而压型钢板与混凝土通过一定的结构组合成整体，从而更好地发挥不同材料的优良特征，并提高其整体的承载能力，同时也降低了结构的高度[5]。

舒兴平等[6-7]提出了一种新型全装配式桁架梁组合楼盖体系，该楼盖体系由4块主板单元拼装而成，4块主板单元装配成一个平面尺寸为15.6 m×15.6 m的拼装楼盖，周边16根柱以3.9 m间距均匀排列，通过周边框架梁及楼盖拉结形成密柱框筒结构。本文分析的装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系，是为适应一种装配式束筒高层钢结构装配工艺与结构性能需求而设计的楼盖体系，结构体系如图1所示，该组合楼盖体系其结构由若干单筒组合而成，1个典型单筒构造如下：周边16根柱以3.9 m间距均匀排列，再通过周边框架梁及组合楼盖连接形成密柱框筒结构。楼盖采用装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系，尺寸为15.6 m×15.6 m。

图1 装配式束筒结构体系与装配式楼盖基本性能要求示意图

目前该类装配式钢桁架-混凝土组合楼盖已运用到实际生产中。拟建的长沙天空城市工程项目(J220)拟采用工业化、全装配式结构技术建成220层的超高层建筑，楼高838 m。天空城市上部主体工程预计工期90 d，平均5 h建设1层。为保证施工速度，该楼设计时考虑采用全装配式结构体系(全干式)，施工现场不浇筑混凝土，不施焊，所有装配构件(框架柱、梁、楼盖等)全部采用螺栓连接，其中楼盖拟采用全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系(全干式)。

图2所示为标准单筒结构楼盖为15.6 m×15.6 m的方形楼盖单元，由周边装配支撑框架(见图3)及4块组合楼盖主板单元组成。框架角柱的截面形式为箱型截面，中柱为H型。组合楼盖主板单元装配过程如图3所示。

图2 装配式钢桁架-混凝土组合楼盖标准单筒结构图

图3 组合楼盖主板单元装配过程(单位：m)

2 全装配式钢桁架混凝土组合楼盖体系的结构

全装配式钢桁架-混凝土组合楼盖的连接构造设计应保证楼盖在竖直和水平方向可传递力，同时在实际的施工过程中还要满足安装操作方便、加工简单以及合理的模数化和标准化的要求。该组合楼盖主要采用螺栓进行连接，施工现场不施焊，不浇筑混凝土。该类楼盖体系的典型连接可以分为四种类型：板-中柱装配连接连接 (A型)、板-中柱装配连接连接 (B型)、板-角柱装配连接 (C型)，板-板装配连接，具体连接的位置分布见图4，四种类型的连接构造图见图4。张再华[7]中对该组合楼盖的每种连接构造做了详细的解析。由图4可知，全装配式楼盖的四块主板单元之间的下部钢桁架通过高强螺栓连接形成拼装楼盖。此楼盖体系为全干式装配连接，只需通过高强螺栓即可在施工现场进行快速连接，操作方便。

A型板-柱连接

B型板-柱连接

C型板-柱连接

板-板装配连接

3 总 结

装配式钢桁架-混凝土组合楼盖体系主要由四个装配板单元和支撑体系组成，板单元是由压型钢板混凝土与空腹式桁架梁组成，支撑体系为密柱式框架。采用了高强螺栓连接桁架梁上下弦杆来实现板-板、板-柱之间的有效连接。将双拼槽形截面高强度螺栓用于板-板连接；将带有填板的高强螺栓用于板-柱连接。为了确保板-柱单侧高强螺栓能够有效的连接并确保足够的紧固性，通过内设螺纹和预设螺帽的方式应用于框架柱的连接部位，整个连接的过程与具体的装配工艺相吻合。与装配式混凝土楼盖体系相比，全装配式组合楼盖体系装配化程度高，质量轻，强度高，施工方便，适合工业生产且交通运输方便。但主板与主板、主板与外围框架梁间缝隙对楼盖体系的整体性，连续性和抗震性能的影响需进一步研究。

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