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现代建筑中钢结构桁架楼承板设计探讨

2025-05-20 43 上传者：管理员

摘要：针对合肥市肥西某公园内的公共活动中心项目，研究该钢结构建筑中关于建筑楼板的设计方案优势的选择，包括楼承板的设计分析及施工优势等细节的分析，保证选择最优的合理方案。这篇文章将深度研究钢筋桁架楼承板的理论基础、施工分析以及未来发展趋势等方面，保证既满足建筑的功能，又能很好地减少施工过程中带来的不便。

关键词：
建筑领域
施工分析
活动中心
设计分析
钢筋桁架楼承板
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随着建筑行业的不断发展,对建筑结构的安全性､美观性和经济性提出了更高的要求｡钢筋桁架楼承板作为结构的重要构件,为一种新型的组合楼板形式,近年来在建筑领域中得到了很大的推广｡该楼板在工厂内部分加工好,钢筋和底膜压型钢板焊接,共同承受上部楼面带来的荷载,小跨度可以减去常规建筑是脚手架搭设｡然而,施工节点处施工质量差,会出现渗水情况｡对施工质量提出了更高的要求｡

1、钢筋桁架楼承板的结构特点

该楼层板由下弦钢筋､上弦钢筋､架立筋钢镀锌压型钢板组成｡钢筋桁架和镀锌压型钢板相结合,彼此协作,以充分发挥各自的优势｡钢筋桁架提供了较高的刚度,能有效抵抗变形,保证楼板的平整度和稳定性｡通过合理设计的钢筋桁架,能够承受较大的楼面荷载,包括恒载和活载｡压型钢板本身具有一定的防火能力,加上内部的钢筋,能在一定程度上延缓火势蔓延｡在施工现场可直接进行铺设,减少了大量的模板和脚手架的使用,提高了施工效率｡采用的材料和构造方式使其具有较好的耐久性,能长期稳定地工作｡

2、钢筋桁架楼承板的受力性能分析

2.1在竖向荷载作用下的受力分析

钢筋桁架承担大部分的拉力和压力,将荷载有效地传递到钢梁等支撑结构上｡压型钢板也参与受力,与钢筋桁架共同工作,增强了整体的承载能力｡表现出较好的抗弯性能,能够抵抗楼板因竖向荷载产生的弯曲变形｡

2.2在水平荷载作用下的表现

由于钢筋桁架与压型钢板的连接,使得楼承板具有一定的抗剪能力,能抵抗水平方向的剪力｡整体性在一定程度上有助于抵抗水平力,减少水平位移｡

2.3在复杂荷载组合作用下的表现

钢筋桁架能够适应多种荷载同时作用的情况,通过合理的内力分配和协调变形,保持结构的稳定性｡不同部位的钢筋和钢板根据各自的受力特点发挥作用,共同承担复杂的荷载效应｡

3、钢筋桁架楼承板的设计要点

3.1选型与布置

常用的截面类型包括开口型压型钢板､缩口型压型钢板和闭口型压型钢板等组成｡依据其肋高､波纹间距､楼承板厚度以及板宽大小来选择合适的型号｡一般而言,较高的肋高代表着更强的承载能力,但较宽的波距承载力较低｡此外,对于压型钢板的厚度也有一定的要求,即厚的材料能提供更大的承载能力和更大无支架的跨度｡施工阶段最大无支撑跨度按简支板为3.5m,连续板为3.8m｡

3.2荷载计算

(1)确定主要的设计参数,例如:楼板的跨度､厚度､支撑结构､钢筋类型等｡混凝土标号､恒载､活载等｡

(2)确定楼板的长度和承载方式,比如简支板或连续板｡通过对上下弦杆钢筋进行计算,再查表得到钢筋楼板｡板的型号使用阶段需计算｡a.承板钢筋桁架楼的正截面在受弯时的承载能力｡b.对钢筋桁架楼的承板弦杆进行钢筋拉应力验算｡c.钢筋桁架楼承板斜截面受剪承载力(不考虑钢筋桁架腹杆的作用)｡d.计算钢筋桁架楼承板正截面裂缝的宽度｡e.钢筋桁架楼承板挠度的验算｡

(3)施工阶段的验算(不设临时支撑)｡a.弦杆钢筋的强度验算｡b.钢筋桁架受压杆件稳定性验算｡c.对底模与钢筋桁架焊接点的剪切承载能力进行计算｡d.对钢筋桁架楼的承板最大挠度进行验算｡

4、工程实例分析

4.1案例介绍

某工程位于安徽省合肥市公园项目｡某活动中心为该公园内的标志性建筑,建筑高度11.500m,建筑面积约1443m2,地上一层｡结构采用钢框架结构,钢柱共计16个,每侧6个,箱型柱尺寸:800×800×40mm和700×700×40mm两种｡上腹杆和下腹杆箱型梁尺寸:900×900×30×40mm,弦杆尺寸:550×550×30mm,所以钢材均采用采用Q355B级[1]｡抗震等级为四级[2],楼面活荷载按展览厅取4kN/m2,恒载按建筑做法换算为2.5kN/m2,屋面为不上人屋面,考虑建筑找坡,恒载取值为5kN/m2,活载取值为0.7kN/m2,屋面局部有空调设备,局部等效荷载取值为5kN/m2｡楼板厚度均为150mm｡考虑到建筑高度､跨度大和结构复杂的因素,我们决定使用钢筋桁架楼承板与混凝土浇筑板作为楼板的设计方案｡对于钢筋桁架楼承板而言,其上下的主梁由HRB400型钢筋构成[3],而桁架的中部则以冷轧光圆钢筋为主;至于楼承板所使用的钢板材料,选用了具有抗腐蚀性能的Q355级别的镀锌钢板,厚度为0.5mm[4]｡单体两侧跟地面接触部分楼层采用刚性楼板,配筋为混凝土现浇布置,保证建筑的防腐蚀性和耐久性[5]｡建筑三维图及楼承板如图1､图2所示｡楼承板结构为局部计算构件,仅采用结构静力方法即可,同时需要根据建筑功能满足扰度相应要求｡总体采用MIDAS/Civil进行梁单元软件分析｡选取自重+施工荷载组合结果｡详见图2｡

图1建筑三维图

图2楼承板构件示意

4.2设计过程

(1)选取板跨为3.5*12m,12/3.5=3.4大于2,按单向板计算｡恒载混凝土自重板厚:0.15*25=3.75kN/m2面层重:0.1*22=2.2kN/m2共计:约6.0kN/m2;活载:5.0kN/m2｡

(2)恒荷载､活荷载作用下内力结果:Mx=1/8*(1.30*6.0+1.50*5)*1.0*3.5^2=23.4kN·m｡

(3)计算结果:a.恒载､活荷载作用下内力结果:按连续板计算:板跨中配筋:Asx=300.00mm2,实配:C8@150(As=335.1mm2)板支座处配筋:Asx=576.00mm2,Asy'=570.96mm2,实配(下侧):C12@150(As=754.0mm2)实配(上侧):C12@150(As=754.0mm2)｡b.裂缝计算荷载按准永久组合计算,裂缝控制限值为0.3mm,计算最大裂缝为:ωmax=0.022<=0.3mm,满足规范要求!c.扰度计算按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值,扰度限值为1/200｡计算扰度为8.856mm,f/L=8.856/3500=1/395,满足规范要求[6]｡

4.3应力及扰度分析

采用ANSYS软件,取楼面钢筋桁架楼承板板单元3.5×12m,建立有限元结构模型,详见图5,符合钢筋桁架楼承板结构板的挠度和应力,钢筋数据如表1所示｡

表1钢筋数据

(1)挠度分析:根据钢结构桁架模型,扰度结果:板跨中最大变形为16.63mm,满足限值17.75mm｡符合满足设计要求｡具体详见图3｡

图3楼板挠度

(2)应力分析:根据钢结构桁架模型,应力结果:板跨中最大变形为16.63mm,满足限值17.75mm｡符合楼板变形满足设计要求｡具体详见图4｡

图4等效应力

图5钢筋桁架模板有限元模型

5、钢筋桁架楼承板的优势与局限性

5.1优势

(1)钢筋桁架楼承板的工厂化生产,使得其尺寸精确､材料利用率高,从而实现了节约资源和能源的目标｡这种制作方式速度快,不会影响到施工进程并大幅减少了现场绑扎钢筋的任务量｡因此,整个项目的完成时间明显缩短,可以更早地投入运行并获取投资回报｡

(2)钢筋桁架楼承板在我国建筑业中发挥了示范和推动作用,促进了工厂化和标准化进程｡与此同时,我国已经发布了相关钢筋桁架楼承板的设计､生产､加工和施工标准图集及规范｡