將受壓鋼筋與受拉鋼筋合理組合,在工廠采用機(jī)械化加工形成受力性能良好的鋼筋桁架,在鋼筋桁架與模板之間設(shè)置連接件,組成底??刹鹦兜臉前澹@種樓板稱作可拆卸鋼筋桁架樓承板(簡稱可拆卸樓承板)。可拆卸樓承板由三部分組成,分別為:鋼筋桁架、可拆模板和連接件,如圖1所示。鋼筋桁架部分為施工階段提供無支撐+剛度,使用階段成為樓板中需配置的鋼筋;可拆模板作為樓板施工階段的模板,可選用竹膠板和鋁模板。
可拆卸樓承板受力過程分為施工階段與使用階段,施工階段為可拆卸樓承板開始拼裝到混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求這一過程中,該過程樓承板自重、濕混凝土重量以及施工活荷載全部由鋼筋桁架承擔(dān);當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,樓承板即進(jìn)入使用階段,該階段鋼筋桁架上下弦鋼筋與混凝土共同工作,其受力性能及承載力與普通現(xiàn)澆混凝土樓板相同。該樓承板在施工階段減小了滿堂腳手架搭設(shè)、現(xiàn)場模板支撐、樓板鋼筋綁扎等工作;同時(shí),該樓承板受力更加合理,能提供更大的剛度,具有良好的抗震性能。
1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)荷載最大加載到8.15kN/m2,其中考慮24.5kN/m3的混凝土自重以及使用階段3.0kN/m2的活荷載。根據(jù)CECS273:2010《組合樓板設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中4.2.2與6.2.5規(guī)定:鋼筋桁架板在施工階段可按桁架計(jì)算,最大撓度值取1/180的板跨與 20mm的較小值,本試驗(yàn)中試件跨度為4600mm,因L0/180=25.56mm>20mm,故最大撓度限值為20mm。試驗(yàn)開始時(shí)撓度為0mm,當(dāng)荷載達(dá)到4.89kN/m2時(shí),跨中撓度為15.93mm;當(dāng)跨中撓度達(dá)到限值20mm時(shí),此時(shí)能承受6.16kN/m2的荷載,混凝土的自重荷載為5.15kN/m2。由此可見,當(dāng)施工活荷載控制在1kN/m2時(shí),可拆卸樓承板在兩端鉸接的情況下能滿足組合樓板設(shè)計(jì)規(guī)范要求。試驗(yàn)荷載一直加載到8.15kN/m2,測得可拆卸樓承板跨中的最終撓度為26.08mm。
試件2加載過程與試件1一致,試驗(yàn)開始時(shí)撓度為0mm,當(dāng)荷載加載到4.89kN/m2時(shí),跨中撓度為13.97mm;當(dāng)荷載加載到6.52kN/m2時(shí),一端支座出現(xiàn)了0.1mm水平方向的水平位移,此時(shí)算得跨中撓度為19.54mm;當(dāng)繼續(xù)增加荷載時(shí),一端支座繼續(xù)發(fā)生細(xì)微的水平移動,當(dāng)跨中撓度達(dá)到限值20mm時(shí),此時(shí)能承受6.67kN/m2的荷載,若施工活荷載控制在1.5kN/m2之內(nèi),可拆卸樓承板在兩端固接的情況下(一段支座出現(xiàn)了細(xì)微的水平位移)能滿足組合樓板設(shè)計(jì)規(guī)范要求。試驗(yàn)荷載一直加載到8.15kN/m2,測得可拆卸樓承板跨中的最終撓度為24.48mm。
試驗(yàn)結(jié)果可得,在施加相同荷載的情況下,可拆卸樓承板在兩端固接的撓度值要比兩端鉸接的撓度值小。兩端鉸接時(shí)必須得控制施工活荷載為1kN/m2,才能滿足規(guī)范的要求,兩端固接時(shí)施工活荷載能控制在1.5kN/m2。兩種連接方式的荷載-撓度曲線如圖4所示,由圖可知,曲線基本呈線性,說明可拆卸樓承板處于彈性狀態(tài)。
普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板施工時(shí)由于需搭設(shè)模板進(jìn)行施工,所以施工過程中基本沒有撓度,待混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度之后拆模,鋼筋混凝土樓板會在自重及活荷載作用下出現(xiàn)撓度,甚至出現(xiàn)裂縫。而可拆卸樓承板在施工過程中可以不設(shè)臨時(shí)支撐,所以在施工階段,可拆卸樓承板的自重、混凝土自重以及施工荷載都由鋼筋桁架承擔(dān),可拆卸樓承板中桁架桿件的內(nèi)力及樓板的撓度都可采用桁架模型計(jì)算。在混凝土初凝到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度過程中,可拆卸樓承板也會變形回縮,此時(shí)板底的混凝土不會受可拆卸樓承板自重產(chǎn)生拉力。所以與普通現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板相比,可拆卸樓承板混凝土板底所受的拉力會減小,樓板開裂會延遲,其剛度較大。
由于混凝土終凝前與混凝土終凝后樓板受力明顯不同,所以在進(jìn)行可拆卸樓承板受力計(jì)算時(shí)應(yīng)將施工階段與使用階段分別進(jìn)行計(jì)算,本文結(jié)合可拆卸樓承板試驗(yàn),對可拆卸樓承板的施工階段和使用階段進(jìn)行理論計(jì)算分析??刹鹦稑浅邪迨┕るA段應(yīng)驗(yàn)算上下弦鋼筋強(qiáng)度、上弦鋼筋及腹桿鋼筋穩(wěn)定性以及鋼筋桁架撓度。
以本文試驗(yàn)中試件的一榀桁架為例(4600mm × 200mm),計(jì)算長度ln= 4600mm,C30混凝土,樓板厚度h=210mm,桁架高度ht=180mm,保護(hù)層厚度c=15mm,上下弦鋼筋直徑都為12mm,腹桿鋼筋為6mm,施工荷載取1.5kN/m2,重要性系數(shù)γ01=0.9。由于可拆卸樓承板長邊遠(yuǎn)大于短邊長度,所以應(yīng)按單向板進(jìn)行計(jì)算。樓板自重g1=1.05kN/m,施工荷載P1=0.3kN/m,可以求出:樓板自重產(chǎn)生的彎矩M1Gk= 2.777kN·m,施工荷載產(chǎn)生的彎矩M1Qk=0.794kN·m,最大彎矩設(shè)計(jì)值M1=γ01(γGM1Gk+γQM1Qk)= 4kN·m,剪力V1= 0.5γ01(γGg1 +γQP1)=3.478kN。可求得受壓區(qū)鋼筋截面面積As’=113.093mm2,受拉區(qū)鋼筋截面面積As=226.195mm2,腹桿鋼筋截面面積Asc=28.274mm2。
(1)由試驗(yàn)結(jié)果可得,兩端固接的情況下?lián)隙茸兓葍啥算q接的情況下降低了7%左右,所以可拆卸樓承板與鋼梁或預(yù)制混凝土梁搭接更加安全可靠,當(dāng)樓承板跟混凝土梁一起澆筑時(shí),在施工過程中應(yīng)該在兩端與梁接觸的地方鋼筋要搭接牢固,必要時(shí)采用焊接進(jìn)行連接,同時(shí)兩端下方進(jìn)行可靠支撐。
(2)本文給出了可拆卸樓承板施工階段的設(shè)計(jì)方法,并將兩端鉸接試驗(yàn)的撓度結(jié)果與理論計(jì)算的撓度結(jié)果進(jìn)行對比,誤差基本控制在10%以內(nèi),分析由于支座處出現(xiàn)了微小的水平位移,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成了一定的誤差。
(3)通過試驗(yàn)和理論分析,可得可拆卸樓承板在一定跨度內(nèi)可以做到免支撐,當(dāng)跨度較大時(shí)只需中間加設(shè)一道臨時(shí)支撐即可。
(4)可拆卸樓承板是一種改進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品,與普通現(xiàn)澆混凝土樓板相比,具有結(jié)構(gòu)受力更加合理、生產(chǎn)效率提高、安裝方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),適合我國現(xiàn)階段建筑工業(yè)化的政策,在工程應(yīng)用也必將發(fā)揮越來越大的市場價(jià)值。