[摘要] 组合楼板由于施工方便、快速,且无需临时支设模板等优点,已经得到了越来越广泛的应用,其形式也越来越多。目前在工程中应用的有压型钢板以及目前较新的自承式钢筋桁架模板。压型钢板又有开口型、缩口型和闭口型。本公司以闭口型压型钢板为例与自承式钢筋桁架模板进行比较。
一. 技术性能比较
闭口型压型钢板,板肋闭合,下表面平整,有一定的装饰效果,目前国内主要的型号肋高分别为40mm和65mm。
自承式钢筋桁架模板则是将楼板中的钢筋在工厂加工成钢筋桁架,并将这种钢筋桁架与底模连接成一体的一种组合模板。底模一般采用0.5mm厚的钢板。
图1.1 闭口型压型钢板 图1.2 自承式钢筋桁架模板
1. 无支撑跨距
无支撑跨距是指模板在不设临时支撑时,在施工期间能达到的最大跨度,此因素会影响到楼面梁的布置间距,模板的无支撑跨距越大,楼面梁的间距也可以相应的增大,从而减少钢梁数量,缩短钢梁安装周期。如果强行增加楼面梁的间距超过模板的无支撑跨距,则需在楼板施工过程中加设临时支撑,从而增加楼板的施工周期以及其它的施工费用。
一般来说,在同等条件下,闭口型压型钢板的无支撑跨距与其它类型的压型钢板一样,取决于本身的截面特性,即肋高越高,无支撑跨距越大,板厚越厚,无支撑跨距越大。但就一般的工程经验来说,采用压型钢板的无支撑跨距一般约为3m左右。
而对于自承式钢筋桁架组合模板来说,从结构概念上讲,其钢筋桁架作为楼板配筋的一部分,如果用来承担湿混凝土的自重时,其无支撑跨距一般可达到楼板的设计跨距。因此在无支撑跨距方面两者基本性能相当。
当跨度更大时,压型钢板取决于钢板的厚度,而钢筋桁架模板取决于钢筋的直径(一般最大12mm)。
2. 楼板配筋量比较
采用压型钢板的组合楼板在配筋设计时,由于考虑了压型钢板在受拉区对组合楼板承载力的贡献,因此其配筋量会少于普通的现浇混凝土楼板;闭口型压型钢板可只做表面分布钢筋。而采用自承式钢筋桁架模板的组合楼板,由于其底膜中的镀锌钢板不考虑参与楼板受力,因此其受力模式与一般的现浇混凝土单向楼板并无区别,其总配筋量(包括模板中的钢筋)也与普通的现浇混凝土楼板相当,但其中大部分的配筋已包含在模板中。
二. 耐火性能
目前国内使用较多的缩口型和闭口型压型钢板均无需防火喷涂。缩口型压型钢板由于受火下钢板强度降低较多,一般须另配板底防火钢筋。闭口型的由于肋断面完全闭合,其组合楼板可以为板肋提供一个均匀混凝土厚度的防火屏障,当板底遭火延烧时,波谷平板部分因为直接曝火,被视为无效用钢,但板肋部分由于被混凝土完全包覆,所以其温度变化随包覆混凝土厚度的增加而降低,仍然可以有效的抵抗楼板正弯矩。按照厂家的介绍资料,对于无防火保护的闭口型压型钢板组合楼板,在满足耐火极限条件下的最小楼板厚度时通过耐火设计可确保不需要配置耐火钢筋。
而钢筋桁架自承式组合楼板,由于其底模不参与受力,而其受力钢筋均在混凝土保护层内,不直接曝火,因此其耐火性能与普通的混凝土楼板基本相同。
三. 制作与施工
相对于压型钢板已十分成熟的制作工艺,钢筋桁架模板的制作仍缺乏足够的国家或行业标准。主要的质量难点在于如何保证钢筋与钢板的焊点满足施工期间的受力要求。
由于钢筋桁架自承式模板高度与楼板厚度相同,其在汽车运输、现场堆放时占用的空间较闭口型压型钢板多,而且其现场的吊装相应占用塔吊时间较长,工人铺设也较辛苦。对于现场空间有限的工程来说,选用钢筋桁架自承式模板较为不利。
一般楼板的施工工序可以分为:安装模板——〉绑扎钢筋——〉浇筑混凝土并养护——〉拆模等几个过程。闭口型压型钢板与自承式钢筋桁架组合模板均为永久性模板,故不存在拆模的工序,而在其它几道工序中,混凝土的浇筑及养护与模板无关,故二者可能出现的差别应在模板的安装和钢筋绑扎的工序中。
在安装模板的工序中,如果是比较规则的楼面,则二者仅在板拼接时略有差别,压型钢板的拼接较钢筋桁架模板的拼接略微方便,其它方面并不明显,但在平面留洞和一些不规则的楼面中,则需要对模板进行裁切工作。而这种裁切工作对于自承式钢筋桁架模板有较多限制,如横向切割,须在满足设计搭接要求的前提下尽量在桁架节点的部位进行切割;如纵向切割,应保留一榀或两榀钢筋桁架,不得切断钢筋桁架。另外,由于两种模板都属于永久模板,在安装后,混凝土浇筑前,应进行临时固定,以确保在高空施工时模板与钢梁的连接大于风吸的作用,钢筋桁架自承式模板一般通过将桁架端部的竖向钢筋与钢梁焊接来固定,压型钢板则通过栓钉来固定。
而在绑扎钢筋的工序中,采用闭口型压型钢板的组合楼板,由于模板可以充当受力钢筋,所以仅需绑扎板顶钢筋。而对于采用自承式钢筋桁架模板的组合楼板,一般仅在板纵向搭接处附加支座负筋及板顶分布钢筋,是否需额外增加受力筋需按计算确定。钢筋桁架模板如需双层双向配筋,垂直桁架方向的钢筋排放亦不方便,速度较慢。
根据以往的施工经验,在一般跨度,无需临时支撑的条件下,二者的施工速度并无太大的区别;
图2.1 闭口型压型钢板现场照片 图2.2 钢筋桁架自承式模板现场照片
四. 维护影响
由于压型钢板组合楼板与钢筋桁架自承式模板的组合楼板受力模式的不同,其在维护性能上也有一些差别。
对于采用闭口型压型钢板的组合楼板来说,由于压型钢板参与受力,因此需考虑钢板表面的防锈蚀能力,通常采用的办法是在压型钢板表面镀铝锌处理。根据英国国家标准BS 5493:Section 2“钢铁抗腐蚀的保护涂覆工作准则”有关于一般热浸锌的使用寿命图表中可知,当钢铁表面镀锌量为275g/m2(双面总和)时,在“室内,干燥”的环境下,使用年限可达30~40年。
而钢筋桁架自承式模板底模镀锌涂层较薄,但由于其底模不参与受力,即使底模发生锈蚀,但并不影响楼板的承载能力,因此不存在维护的问题。
五. 对组合钢梁的影响
无论是闭口型的压型钢板组合楼板还是自承式钢筋桁架模板的组合楼板,一般均布置在钢梁上,在钢梁上设计抗剪连接件与之固定。此时,钢梁与组合楼板共同作用,形成组合梁,增加钢梁承载能力,因此,组合楼板在一定程度上影响着组合梁的承载能力。
根据钢结构规范中对组合梁承载力计算的要求,可以对两种不同的模板对组合梁承载力的影响作如下比较:
1. 翼板宽度
根据《钢结构设计规范》中第11.1.2条的规定,组合梁混凝土翼板的宽度与钢梁的跨度、间距和混凝土翼板厚度有关系,由此可以看出在对混凝土翼板宽度的影响上,二种模板之间没有区别。但考虑二种组合楼板的施工构造,采用自承式钢筋桁架的组合楼板在非受力方向有着较好的刚度,应能较好的保证混凝土翼板的宽度。
2. 抗弯承载力计算
根据《钢结构设计规范》中第11.2.1条的规定,在判断组合梁塑性中和轴的位置时,混凝土翼板的截面高度hc1的取值会受到组合楼板类型的影响,对于采用闭口型压型钢板的组合楼板,其翼板的截面高度需扣除压型钢板的肋高,而对于采用自承式钢筋桁架模板的组合楼板来说,则可采用全楼板厚度,从而影响到整个组合梁的承载力。一般来说,采用自承式钢筋桁架模板的组合楼板对组合梁的贡献较大,在此不再对计算方法及公式做出详细说明。此比较并不提倡在采用自承式钢筋桁架模板时减小钢梁高度,但在同等条件下,采用自承式钢筋桁架模板的组合梁应有较高的安全度。
3. 挠度影响:
组合梁的挠度如较大,一般通过在加工钢梁时预拱来调节,故组合楼板形式对其虽有影响,但不做详细比较。
六. 其它影响
1. 外观
闭口型压型钢板的厚度较厚,一般约为0.75mm~1.52mm,其底面较平整,在个别情况下可直接在板底进行喷涂装饰,而无需做吊顶处理。而钢筋桁架自承式模板由于在加工制作时,钢筋桁架与底模采用电阻点焊,而底模自身厚度较薄,通常为0.5mm,焊点难免会出现烧穿的现象,从而影响模板的外观质量;同时由于焊接破坏了底模的镀锌层,在雨水的侵蚀下,在镀锌层破坏位置也会出现水斑。这种现象可通过增加底模厚度来解决,但同时对楼板造价也会有一定的影响。
2. 吊件安装
除上述差别外,闭口型压型钢板与自承式钢筋桁架模板在其它方面还有一些差别。如在一些公用建筑中,通常需要在楼板上吊装一些机电管线及设备,这时,如果组合楼板采用的是闭口型压型钢板,则可以采用其配套的吊装卡件用来吊装,这种卡件安装在闭口型压型钢板的板肋中,可以沿板肋的方向按实际需要来调节位置,较为方便。而钢筋桁架模板则需要在楼板上钻孔,安装膨胀螺栓。但如楼板内埋有管线,则可能造成破坏。
3. 传力
钢筋桁架自承式模板与闭口型压型钢板均为单向受力的模板,虽然都可以通过在次方向布置钢筋为楼板提供双向刚度,但由于闭口型压型钢板板肋的影响,如采用闭口型压型钢板则会增加楼板厚度,且由于板肋的影响,其次方向的刚度也会略小于采用钢筋桁架自承式模板的组合楼板。因此,在加强层等要求楼板双向传力的楼层,钢筋桁架模板传力性能较好。
七. 造价影响
组合楼板的造价一般包括模板费用,钢筋费用,混凝土费用以及现场的人工费用,一般来说,二者在相同的条件下,总体造价相差应不致太大,具体区别需厂家提供各自得报价进行比较。但是,当楼板需要做防火保护或者施工时需要临时支撑时,应将此部分费用考虑在内。另外,在比较造价时,可同时考虑施工进度的影响以评估项目的间接经济成本。
八. 结论与建议
综上所述,钢筋混凝土自承式模板与闭口型压型钢板在性能和价格方面各有优劣。根据工程项目的具体情况,考虑到现场场地空间的限制及楼板的外观效果,对于超高层建筑在标准楼层,可优先采用压型钢板;在机电层及加强层的楼层,可采用压型钢板或钢筋桁架自承式模板。