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型钢与混凝土结构的新型组合:轻钢与泡沫混凝土组合楼板介绍

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-15  作者:赵克刚  浏览次数:27
核心提示:组合结构近几十年已成为中国建筑行业的主要结构形式之一,同属于组合结构的型钢混凝土结构研究与发展正日趋完善。欧美国家应用型
 组合结构近几十年已成为中国建筑行业的主要结构形式之一,同属于组合结构的型钢混凝土结构研究与发展正日趋完善。欧美国家应用型钢混凝土结构在道路桥梁、地下隧道、海洋工程等中居多,日本大约50%的高层建筑采用型钢混凝土结构。随着建筑行业的不断发展,需要研究多种新型组合形式来满足各类功能性需求。

经过五十多年的研究与应用,组合结构得到迅速发展,至今已成为一种公认的新型结构体系。它充分发挥了钢与混凝土两种材料的特性,钢材具有优良的抗拉强度和延性,混凝土具有良好的抗压强度和较大的刚度,由于混凝土的存在,钢材的整体屈曲和局部屈曲性能得到了提高,两种材料结合在地震作用下有更好的强度、刚度、延性以及耗能能力。
型钢混凝土组合结构已成为组合结构的重要分支。对于型钢混凝土组合结构的研究,多以梁结构、柱结构和节点为大部分研究内容,表1宏观展现了近年来对型钢混凝土具体研究方向的分布情况。

可以看出,楼板作为建筑结构的主要构件,仍处于研究的初步阶段,随着梁结构、柱结构以及节点的理论日益完善,基于型钢混凝土的楼板研究逐渐受到了人们的重视。

组合楼板的形式
组合楼板的研究在整个组合结构体系的研究中占有重要地位。经过数十年的理论和实践,目前在国内外应用比较广泛的组合楼板有以下三种形式。
压型钢板—混凝土组合楼板
它是在带有凹凸肋或槽纹的压型钢板上浇筑混凝土而成的组合楼板。压型钢板不仅可以作为板底的受拉钢筋,还可以作为混凝土的永久性模板,实现了多层同时施工作业;压型钢板的凹槽内可铺设通讯、电力、通风采暖等管线,吊顶方便;减少了混凝土用量、质量轻;整体水平刚度大,抗震性能较好。但压型钢板成本高,必须进行防火处理,使工程造价增加。

型钢梁的组合轻型楼板

这种楼板是通过剪力连接件把型钢梁与混凝土板连接组成整体,从而保证钢梁与楼板共同工作,在国外多用于轻钢结构住宅中。

冷弯薄壁型钢组合楼板

它是由楼盖梁及楼面板组成,楼盖梁为冷弯薄壁C型钢,楼面铺板为定向刨花板(OSB板),或者在OSB板上浇筑一定厚度的混凝土,将OSB用自攻自钻螺钉连接于楼盖梁上,组成组合楼板体系。这种板抗震性能好、自重轻,材料易于拆迁改动,回收再利用率高,并且实现了建筑业的工业化施工。
每一种组合楼板都有其特点,在结构设计和正常使用中,尽量发挥结构优点,使构件在整个结构体系中发挥最大作用。


随着高层及超高层建筑的不断发展,地基所承受的荷载不断增大,因此,减轻构件自重逐渐受到人们的重视。在高层建筑中,各层楼板的总重量占整个建筑地上部分的40%,所以减轻楼板的重量是降低建筑总重最有效的办法。具有足够刚度、自重轻、强度高、施工便捷等优点的楼板成为组合楼板面对的首要问题,针对这类问题的研究,若能找到合理解决方法,无疑将对组合结构有着重要意义,也必将对整个建筑行业起到推动作用。
虽然基于大方向的组合楼板种类繁多,但型钢与混凝土组合结构中,涉及组合楼板的研究却甚少,究其原因有以下几点: 
由于楼板的构造及其构件截面形式决定,楼板的厚度远小于其长边与短边尺寸。现今使用最为广泛的钢筋混凝土楼板,其厚度一般在80 mm~150 mm之间,使型钢与混凝土截面布置不灵活。
钢材的密度是混凝土的3.25倍,如果用型钢代替钢筋,即使充分考虑了截面的合理布置,也会增加了构件的密度、楼板的自重,较钢筋混凝土而言并不能达到轻质高强的目的。
配置在混凝土里的型钢在受力直至破坏过程中很难被充分利用,且配钢量较大,导致工程造价不合理。
针对上述原因,如能充分解决即能达到研究的初始目的。为了解决这些问题,也就必须找到两种或多种新型的工艺与材料,甚至新的组合形式。由此,我们提出了轻钢与泡沫混凝土的组合结构,并把轻钢与泡沫混凝土组合单向板作为基本研究对象(如图1)。



轻钢与泡沫混凝土组合单向板是一种新型的组合结构楼板,它是由现浇泡沫混凝土与排列有序的轻钢组合成的一种单向楼板。对于传统楼板,钢筋混凝土结构应用最为广泛,但自重过大,抗震性能差使其在建筑应用中受到限制。近年来,以压型钢板为钢衬的组合楼板,由于其制作简单,制作机械化,自重较轻等优点广泛得到工程师们的青睐,但其底部为钢板,防火性能差一直是最为明显的缺点。
基于上述问题,利用现有的材料与工艺技术提出了轻钢与泡沫混凝土组合而成的楼板。轻钢通常是指钢板厚度小于等于6mm的型钢,较轻便的质量使轻钢的应用非常灵活;泡沫混凝土又名发泡混凝土,通常是指用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫混凝土加入到硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂组成的料浆中,经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。这两种材料共同具有轻质的特点,避免了传统钢筋混凝土自重大的缺陷;泡沫混凝土内部含有大量气泡,使其被用于保温与隔热材料,同时还具有良好的耗能减震作用,而钢材在工程应用中是公认的绝佳抗震材料。轻钢与泡沫混凝土组合楼板展现了良好的构件性能,具有轻质、高强、塑性、抗震等特点。
 
关键词: 钢结构
 
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