壓型板如何設(shè)計(jì)的?彩鋼壓型板的設(shè)計(jì)指南
第1部分 名詞解釋
1.1 壓型鋼板是什么
在國(guó)內(nèi)規(guī)范中,支撐樓板混凝土的壓型鋼板稱為壓型鋼板。在國(guó)外,壓型鋼板的含義更為廣泛,包括屋面和墻體的彩鋼板,稱為壓型鋼板,而支撐樓板混凝土的壓型鋼板稱為鋼承板或樓板承板。也就是說(shuō),大陸所指的壓型鋼板相當(dāng)于鋼支承板或樓板支承板。
1.2 組合樓板和非組合樓板的區(qū)別
壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土(達(dá)到強(qiáng)度后)組合在一起,壓型鋼板在施工階段充當(dāng)澆注混凝土的永久模板,在正常使用階段全部的或部分的起板底受拉鋼筋的作用,采用這種設(shè)計(jì)的樓板稱為組合樓板。 僅在施工階段充當(dāng)澆筑混凝土的永久模板,在正常使用階段完全退出工作,采用這種設(shè)計(jì)的樓板,稱為非組合樓板。
1.3 通俗易懂的無(wú)支撐跨距定義
在施工階段混凝土為流體,僅作為荷載考慮,壓型鋼板須單獨(dú)工作以提供樓板混凝土荷載、施工荷載的支撐作用。在一定樓板厚度下,某種壓型鋼板的計(jì)算跨距即為無(wú)支撐跨距。某種壓型鋼板可承受的最大跨距即為最大無(wú)支撐跨距。若在施工階段不設(shè)臨時(shí)支撐,壓型鋼板的無(wú)支撐跨距即為次梁間距。顯然壓型鋼板的最大無(wú)支撐跨距須大于次梁間距。
第2部分 材質(zhì)介紹
2.1 聊聊鋼板厚度的常用規(guī)格
壓型鋼板采用冷軋鋼板(鋼卷)制成,鋼板厚度的常用規(guī)格為:0.75mm、0.90mm、1.0mm、1.20mm、1.50mm,鋼板厚度大于 1.2mm 時(shí),其成型較困難,更主要是栓釘無(wú)法焊透壓型鋼板與鋼梁可靠連接,所以壓型鋼板最大厚度不應(yīng)大于 1.5mm,用作組合樓板時(shí),《規(guī)范》規(guī)定鋼板厚度≥0.75mm。
2.2 談?wù)勪摪灞砻驽儗拥脑O(shè)計(jì)要求
制作壓型鋼板的冷軋鋼板(鋼卷)須連續(xù)熱浸鍍鋅(或鍍鋁鋅),鍍(鋁)鋅量視設(shè)計(jì)要求而定。當(dāng)按非組合樓板設(shè)計(jì)時(shí),其要求可放低,一般雙面鍍鋅量為 175g/m2(180g/m 2 )足夠,當(dāng)按組合樓面設(shè)計(jì)時(shí),《鋼—混凝土組合樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(YB9238-92)規(guī)定,雙面鍍鋅量為275g/m 2 。也可采用更高的鍍層要求,如鍍鋅量為300g/m 2 、350g/m 2 或鍍鋁鋅量(5%鋁)為 275g/m 2 、300g/m 2 等,較高的鍍層量使用組合樓板有更長(zhǎng)的耐久性,同等量的鍍鋁鋅的防銹蝕能力大約兩倍于一般熱浸鍍鋅。
2.3 講講鋼板屈服強(qiáng)度三種類型
鋼板屈服強(qiáng)度 fy 視設(shè)計(jì)要求而定,一般為:235N/mm 2 、345 N/mm 2 (345 N/mm 2 )、410N/mm 2 等。更高屈服強(qiáng)度的鋼板不宜用作組合樓板,因?yàn)殇摪宓乃苄越滩睢?/font>
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件中,應(yīng)注明所采用壓型鋼板的鋼材厚度,鍍鋅(鋁鋅)量及屈服強(qiáng)度。
第3部分 目前大陸市場(chǎng)主要的壓型鋼板
3.1 開口型壓型鋼板
開口板(以下簡(jiǎn)稱開口板)主要有兩種斷面,肋高 75mm(或 76mm)及肋高 50mm(或51mm),而整板寬度及肋距各家廠商均略有不同,它們的斷面性質(zhì)也所有差異。開口板表面分為有壓花處理和無(wú)壓花處理,有壓花處理的開口板與混凝土的粘結(jié)較好。
3.1.1 開口板優(yōu)點(diǎn)詳細(xì)分析
開口板的最主要優(yōu)點(diǎn)是,較小的用鋼量可提供較大的斷面性質(zhì)。由于肋高對(duì)慣性矩來(lái)說(shuō)是三次方關(guān)系,對(duì)抵抗矩來(lái)說(shuō)是平方關(guān)系,所以肋高愈大,用鋼量愈省。但肋高愈大,樓板總厚也愈厚,所以合適的肋高才是可取的。開口板的兩種斷面高度是英制過(guò)來(lái)的,也即 2 英寸(2w)和 3 英寸(3w)開口板(1 英寸=25.4mm),在同樣斷面性質(zhì)情形下,顯然 3w 用鋼量較 2w 少。
3.1.2 開口板缺點(diǎn)全面解讀
由于開口板端部有較大的洞口,為阻止混凝土端部漏漿,必須在端部設(shè)置封口板,增加了施工工序,特別是當(dāng)開口板斜切時(shí),無(wú)定型封口板。須現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)定制封口板,增加了施工難度,采用開口板使樓板較厚,增加了混凝土用量,在建筑物周邊及洞口四周的擋板也較費(fèi)用鋼量。
開口板可以用作組合樓板或非組合樓板,用做組合樓板時(shí)須有壓花處理,也應(yīng)有各種情形下的載重實(shí)驗(yàn),鍍層及屈服強(qiáng)度的要求也是必須的。組合樓板的計(jì)算方法及構(gòu)造要求在多本《規(guī)程》中均有闡述。
開口板用做組合樓板的最大問題在于它的耐火設(shè)計(jì)。大陸的《規(guī)程》中沒有耐火設(shè)計(jì)的規(guī)定,《高鋼規(guī)程》中要求開口板肋頂之上的混凝土覆蓋厚度≥80mm,這是基于《防火規(guī)范》中的要求,解決了 1.5 小時(shí)耐火極限背火面的溫度問題,也即隔熱要求,以防引燃相鄰層樓面?!督M合樓蓋規(guī)定》提出了配置耐火鋼筋,由于開口板完全暴露在迎火面,試驗(yàn)證明在 1.5 小時(shí)耐火極限時(shí),開口板溫度均大于 800℃,鋼材強(qiáng)度趨于零,已退出工作。
3.1.3 開口板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 5 條重要建議
(1) 盡量將開口板用作非組合樓板設(shè)計(jì);
(2) 開口板肋頂以上混凝土覆蓋厚度≥80mm,當(dāng)對(duì)樓板平面內(nèi)剛度要求較高時(shí),應(yīng)加厚樓板,如在高層建筑中,覆蓋厚度≥100mm。
(3) 開口板肋頂以上混凝土覆蓋厚度至少≥50mm,當(dāng)不滿足≥80mm 時(shí),板底須做防火噴涂,防火噴涂厚度≥15mm
(4) 開口板用作組合樓板設(shè)計(jì)時(shí),板底應(yīng)配置耐火鋼筋,計(jì)算耐火鋼筋時(shí),靜載分項(xiàng)系數(shù)取 1.0,活載分項(xiàng)系數(shù)取 0.5。
(5) 開口板用作組合樓板設(shè)計(jì),當(dāng)板底做防火噴涂時(shí),可不配置耐火鋼筋。
3.2 縮口型壓型鋼板
縮口板(以下簡(jiǎn)稱縮口板)的肋高為 50mm(51mm),而整板寬度及肋距各家廠商均有不同,它們的斷面性質(zhì)也有所差異。
3.2.1 縮口板 5 大優(yōu)點(diǎn)詳細(xì)分析
(1) 耐火隔熱性能提高。《高鋼規(guī)程》規(guī)定,1.5 小時(shí)耐火極限采用縮口板,樓板總厚≥110 即可。
(2) 形狀楔形斷面使壓型鋼板與混凝土間的握裹剪力增加,當(dāng)按組合樓板設(shè)計(jì)時(shí),這種握裹剪力是非常重要的。
(3) 一般無(wú)需封口板,用特制的堵頭封堵即可阻止混凝土端部漏漿。
(4) 有些廠家提供配套的板底懸吊零件,可用于板底管道及吊頂安裝。
(5) 施工完成后的板底較美觀,如同企口天花板。
3.2.2 縮口板 3 個(gè)重要缺點(diǎn)分析
由于鋼筋完全暴露在迎火面,如同開口板一樣,在火災(zāi)時(shí)鋼板退出工作,當(dāng)按組合樓板設(shè)計(jì)時(shí),板底應(yīng)配置抗鋼筋(雖然它的隔熱要求是滿足的)。
樓板有效厚度如同開口板一樣,為壓型鋼板肋頂以上厚度,當(dāng)樓板總厚為10mm時(shí),樓板有效厚度僅為 110-50=60mm。
由于縮口板較小的肋高,它的斷面性質(zhì)較差。為滿足無(wú)支撐跨距的要求,須采用較厚的鋼板,從而導(dǎo)致用鋼量往往較大。
3.2.3 縮口板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 3 條重要建議
(1) 當(dāng)對(duì)樓板平面內(nèi)剛度要求不高時(shí),如多層鋼結(jié)構(gòu)建筑可采用縮口板。
(2) 樓板總厚須≥110mm。
(3) 應(yīng)按組合樓板設(shè)計(jì),但板底須配置耐火鋼筋,計(jì)算耐火鋼筋時(shí),靜載分項(xiàng)系數(shù)取 1.0,活載分項(xiàng)系數(shù)取 0.5。
3.3 閉口型壓型鋼板
閉口板(以下簡(jiǎn)稱閉口板)大致有兩種板型,分別肋高 66mm 的 yxb66-720 型及肋高 46mm 的 yxb46-600 型。
3.3.1 閉口板 6 大優(yōu)點(diǎn)詳細(xì)分析
閉口板總結(jié)了開口板與縮口板的利弊,是目前最新型的一種板型,它的制作難度較大,但綜合特性最優(yōu)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是:
(1)強(qiáng)勁的混凝土握裹抗剪
閉口板獨(dú)特的楔形斷面設(shè)計(jì),它的肋周圍完全被混凝土握裹,大大增加了鋼板與混凝土的接觸面,更為重要的是,在組合樓板受彎的狀態(tài)下,混凝土與閉口肋之間產(chǎn)生一定的壓力,彎矩越大,壓力越大,在混凝土與鋼板之間摩擦系數(shù)恒定的情形下,這種壓力將提供更大的握裹力。閉口板其腹板上均勻連續(xù)的嵌扣同樣提供優(yōu)異的握裹。根據(jù)全載重實(shí)驗(yàn)結(jié)果,閉口型組合樓板加載至極限承載力,壓型鋼板與混凝土之間未曾產(chǎn)生滑脫現(xiàn)象,也即握裹剪力始終未見失效。
(2)優(yōu)越的組合樓板斷面
采用閉口型組合樓板,它的優(yōu)越之處主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:一是與混凝土之間強(qiáng)勁的握裹剪力,在破壞全載重實(shí)驗(yàn)中表明,構(gòu)件的破壞不會(huì)產(chǎn)生在壓型鋼板與混凝土之間的縱向抗剪上,而這種破壞是脆性的,必須完全避免。二是閉口板的形心接近板底,在相同樓板厚度情形下,組合樓板的內(nèi)力臂最大,可抵抗更大的跨中正彎矩。三是閉口板板底的小開口很小(YJ66-720 型開口高度 15mm,YJ46-600 型開口高度 5mm),樓板有效高度為組合樓板總厚度減去開口高度,使組合樓板的有效高度最大,可提供更大的樓板平面內(nèi)剛度。
(3)絕佳的耐火性能
由于閉口板的肋四周被混凝土全面包裹,類似于鋼筋混凝土樓板中的板底鋼筋,在火災(zāi)情形下,即使平板部分退出工作,而板肋由于溫度不高仍有足夠的強(qiáng)度,當(dāng)耐火設(shè)計(jì),滿足時(shí),可替代全部板底鋼筋,無(wú)須再板底另加耐火鋼筋。它的隔熱性能同樣優(yōu)于縮口板。當(dāng)樓板總厚≥110mm 時(shí),可滿足 1.5h 耐火極限。
(4)方便的板底懸吊系統(tǒng)
YJ66-720 型閉口板利用板底溝槽,配合專用的兩片式懸吊零件,可在板底任何地方設(shè)置可拆卸吊點(diǎn),供吊平頂、水電管、空調(diào)管等安裝使用。避免事先預(yù)埋或事后鉆孔以及施焊等作業(yè),大大方便了設(shè)備管道的安裝。
(5)快速的現(xiàn)場(chǎng)鋪板施工
閉口板端部無(wú)需封口板,無(wú)需堵頭,在樓板混凝土澆搗過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象。閉口板在鋪板過(guò)程中不易變形(開口板在運(yùn)輸及安裝過(guò)程中,板高度會(huì)降低,板寬會(huì)變大,在鋪板施工中須調(diào)整變形,否則會(huì)由于板高度降低影響斷面性質(zhì),造成施工事故。)側(cè)接以自攻螺絲固定,所以施工閉口板較其它板型均可縮短工期。
(6)美觀的板底效果
閉口板平整的板底,搭配 240mm 間距的溝縫,好似經(jīng)過(guò)二次裝修后的吊頂效果,在一些非必須吊頂?shù)膮^(qū)域,提供了十分美觀的頂面效果。
3.3.2 閉口板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 8 條重要建議
(1) 閉口板應(yīng)用作組合樓板設(shè)計(jì),全部地或部分地替代板底鋼筋。
(2) 采用 YJ66-720 型閉口板,樓板總厚≥116mm(一般取 120mm)。采用 YJ46-600型閉口板,樓板總厚≥110mm。二者均滿足 1.5h 耐火極限,且樓板有效厚度≥100mm。適用于高層建筑。
(3) 一般多采用 YJ66-720 型閉口板,由于其肋高為 66mm,較 YJ46-600 型可提供更大的無(wú)支撐跨距。或在同樣的最大無(wú)支撐跨距情形下,用鋼量較省。
(4) 在無(wú)需 1.5h 耐火極限(非一級(jí)耐火建筑)的條件下,YJ46-600 型組合樓板總厚最小可取 96mm(肋高上加 50mm)。在按雙向板設(shè)計(jì)時(shí),采用YJ46-600 閉口板可使樓板的長(zhǎng)方向較大。
(5) 必須進(jìn)行耐火設(shè)計(jì)計(jì)算,以確定全部或部分取代板底鋼筋。
(6) 在以下建筑使用功能情形下,一般可不配板底鋼筋。住宅、辦公(活載≤2.5KN/m 2 )。商場(chǎng)(活載≤3.5KN/m 2 )以及其它活載≤3.5KN/m 2 ,且干燥的室內(nèi)環(huán)境下。
(7) 在以下建筑使用功能情形下,建議配耐久性鋼筋或加強(qiáng)鋼筋:衛(wèi)生間、浴室、廚房、游泳池、設(shè)備用房、高層建筑中加強(qiáng)層以及所有潮濕環(huán)境或室外環(huán)境下。計(jì)算耐久性鋼筋時(shí),靜載分項(xiàng)系數(shù)取 1.05,活載分項(xiàng)系數(shù)取 1.2。
(8) 鋼板雙面鍍鋅量必須≥275g/m 2 ,鋼板屈服強(qiáng)度宜≥345N/mm 2 。