建筑技术丨钢结构住宅简支型钢筋桁架楼承板无支撑架施工研究

简支型钢筋桁架楼承板楼面体系是钢结构住宅施工中一种常用的装配式构件，由钢筋桁架和底模板在工厂拼装完成。在施工阶段，直接将其铺设到钢梁上，然后进行楼面剩余钢筋绑扎便可浇筑混凝土。底模托住湿混凝土，由底模和钢筋桁架承受施工期间的荷载，省去模板安装工程，减少了现场钢筋绑扎量，提高了楼面板的施工效率。

目前设计比较经济的简支或进行有支撑设计的钢筋桁架楼承板结构施工时，一般采用承插式盘扣脚手架等支撑体系在楼承板下部进行支撑回顶，但这种支撑体系需要大量脚手架，并且对于无外脚手架施工的钢结构住宅建筑中的异形结构和悬挑结构来说，这种支撑体系需要搭设外悬挑脚手架，增加了施工成本，无法充分发挥采用钢筋桁架楼承板的优势。在钢柱未灌注柱心混凝土前，钢柱自身抗压强度不足，支撑架体系自重较大，使用支撑架体系施工严重限制了钢柱的深化设计分段长度。为此，结合钢筋桁架自身的特性，设计一种新型钢筋桁架楼承板装配式加固系统，通过midas Gen有限元分析软件进行设计参数模拟，完善设计方案，优化桁架配筋。

1 工程概况

1.1 项目概况

本项目占地面积27 649 m²，由8栋钢结构住宅、1栋两层社区服务中心和1层地下车库组成；总建筑面积约77 586.65 m²，其中地上建筑面积55 298 m²，地下建筑面积22 288.65 m²。

1.2 钢筋桁架楼承板设计概况

项目建筑结构安全等级为二级，楼板设计混凝土强度等级C 30，全部采用可拆卸钢筋桁架楼承板组合楼板。楼面均布可变荷载标准：住宅、厨房和上人屋面为2.0 kN/m²，走廊、卫生间和阳台为2.5 kN/m²。装配式钢结构住宅钢筋桁架楼承板设计参数见表1，其中，所有楼承板型号的保护层厚度均为15 mm，底模板均可拆卸，楼承板型号TD2/3–x中的x表示桁架高度。

表1 装配式钢结构住宅钢筋桁架楼承板设计参数

2 装配式加固系统与钢筋桁架深化设计

2.1 钢筋桁架楼承板深化设计要点

钢筋混凝土楼面板包括单向板和双向板两种结构形式，但钢筋桁架楼承板组合体系模板结构在施工阶段均为单向板。不设临时支撑时，采用midas Gen有限元分析软件验算分析，桁架模板在施工阶段要求的配筋量大于正常使用阶段的配筋量，为了合理节约材料，在施工阶段沿垂直于楼承板方向设置必要的临时支撑。

楼承板深化设计时，根据钢结构住宅开间进深的设计尺寸，为了方便楼承板安装施工，项目采用简支型钢筋桁架楼承板。楼承板铺设完成后，在钢梁支座处将桁架上弦钢筋通过上部连接钢筋连成整体，承受支座处的弯矩，形成施工时简支、使用时连续的结构体系。

施工时已对钢筋桁架进行了正常使用状态下的受力工况分析和配筋设计，因此在深化设计时只需根据原设计桁架下弦钢筋型号、板厚以及支撑设计情况进行施工阶段桁架上弦钢筋设计和腹杆钢筋及连接节点设计。

2.2 装配式加固系统设计

装配式加固系统的基本思路是充分利用在桁架模板安装前钢结构住宅的框架结构已经施工完成的优势，在钢梁上部设置马镫支座装置支撑上部承拉梁，通过对拉螺杆等承拉杆组和楼承板下部承托梁共同作用将桁架楼承板加固在承拉梁上，取消下部支撑体系，实现“变顶为拉”的体系转换，减轻了施工荷载。装配式加固系统主要结构由双槽钢组成的承拉梁、方木组成的承托梁、对拉螺杆和蝴蝶扣组成的承拉杆组、承拉梁马镫支座组成。装配式加固系统设计结构如图1所示。

图1 装配式加固系统设计结构

2.3 基于装配式加固系统的钢筋桁架优化设计

项目钢梁分布轴线的最大开间进深尺寸为3 900 mm×6 400 mm。采用midas Gen有限元分析软件建立4 000 mm×6 500 mm的模型，对不同配筋设计的楼承板的受力情况进行分析验算（图2）。

图2 midas Gen中基于装配式加固系统钢筋桁架布置

钢筋桁架的支座水平筋、支座竖筋分别与钢梁焊接连接，因此在midas Gen有限元分析软件中对桁架端部的边界条件采用一般支撑模拟，桁架上弦钢筋、下弦钢筋和腹杆钢筋采用刚性节点连接，整体结构的受力分布如图3所示。

根据桁架腹杆钢筋受力特征分析，合理加强腹杆钢筋配筋，同时减弱桁架上弦钢筋配筋，充分发挥腹杆钢筋的支撑作用，最大限度地提高了钢筋桁架楼承板的整体刚度。采用控制变量法，通过不断调整腹杆钢筋直径、上弦钢筋直径、加固横梁间距以及楼承板跨度进行钢筋桁架受力和变形验算（验算结果如图4所示），同时楼承板的整体变形规律具有下列特征。（1）钢筋桁架楼承板腹杆钢筋和上弦钢筋在施工阶段位移变形较大，深化设计时需加强配筋。（2）采用竹胶板做底模板时，楼承板底模板和下弦钢筋连接点数量与桁架刚度成正比。（3）设置承拉梁装配式加固系统后，钢筋桁架楼承板可按两跨连续结构进行计算，能最大限度地发挥钢筋桁架楼承板自身的刚度优势。

（a）

（b）

       图3 装配式加固系统受力分布

（a）构件支撑反力图；（b）梁单元内力图

图4 钢筋桁架模板位移等值线图

3　简支型钢筋桁架楼承板无支撑架施工技术要点分析

3.1 钢筋桁架楼承板铺装

根据钢筋桁架楼承板加工深化设计图排布要求，先安装楼面开间进深较小的区域，再依次向四周铺装。桁架下弦钢筋伸入钢梁上翼缘边缘的锚固长度不应小于5倍的下弦钢筋直径且不应小于50 mm，板长方向的搭接长度，即竹胶板伸入钢梁上翼缘下边缘的长度不应小于30 mm。一个钢梁封闭区域楼承板铺装完成后，需检查楼承板的整体标高及拼缝严密性。

3.2 钢筋桁架焊接与承拉梁马镫支座安装

钢筋桁架楼承板安装完成并检查合格后，及时将桁架的支座水平筋和下弦钢筋与钢梁焊接，将支座竖筋和上弦钢筋与栓钉焊接，确保楼承板桁架在钢梁上支撑稳固，充分发挥桁架的整体刚度和稳定性。

马镫支座全部用基础阶段的  22 余料钢筋提前制作。钢筋桁架楼承板安装完成后，按照水平承拉梁的设计间距，焊接安装马镫支座，马镫支座的支座底筋与钢梁焊接，支座竖筋与栓钉焊接，确保横梁马镫支座安装牢固。

3.3 水平上部承拉梁安装

水平上部承拉梁由两根并列设置的8号槽钢组成，槽钢大小可根据钢结构钢梁的间距计算确定，承拉梁安装在马镫支座上，两根槽钢组成的承拉梁由U形卡初始连接固定。

3.4 装配式加固系统安装

钢筋桁架楼承板下部设置4 cm×6 cm方木作为承托梁托撑楼承板，承托梁通过三段式工具螺杆与上部装配式承拉横梁连接，将对拉螺杆组成的承拉杆组安装在承拉梁两根槽钢之间，并调整承拉杆组的间距，同时通过调节对拉螺杆螺母精确调整楼承板的安装标高和平整度。

随后在楼面其他钢筋绑扎和水电预埋管线安装完成后，再次复核装配式承拉横梁及楼承板的标高，检查上部承拉梁安装是否牢固，并紧固U形卡使承拉梁形成整体受力结构。楼承板加固完成后，混凝土浇筑时根据横梁标高，精确控制板面混凝土浇筑厚度、楼板完成面平整度。

3.5 楼板面混凝土浇筑及拆模

浇筑混凝土前，应在人员走动频繁的楼承板区域铺设脚手板。浇筑混凝土时，不得对楼承板和装配式加固系统承拉梁造成冲击，要严格控制混凝土浇筑速度，最大浇筑速度不大于1 m/s。混凝土浇筑时根据承拉梁标高严格控制混凝土完成面标高。

采用平板式振动器进行混凝土振捣，当使用插入式振动器时，严禁在楼承板拼缝处长时间振捣。系统拆除时，应先拆除楼承板下部的承托梁，然后拆除上部承拉梁和承拉杆组。严禁先拆除承拉梁，防止下部承托梁松动掉落伤人。

4 效益分析

4.1 进度效益

选取项目中某楼两个标准层楼板面，分别采用承插式盘扣脚手架（传统做法）与装配式加固系统楼承板（新型做法）进行施工对比，对两种做法各工序的平均时间进行统计分析，具体见表2。对于每个标准层（建筑面积530.25 m2）来说，相比采用承插式盘扣脚手架，装配式加固系统楼承板可节省9 h，施工效率提高22.5 %。

表2 传统做法与新型做法的进度效益

4.2 经济效益

钢筋桁架楼承板采用装配式加固系统，充分利用装配式钢结构住宅钢梁的整体特性，将其作为楼承板加固的主受力构件，节约了承插式盘扣脚手架材料租赁费用和安装费用等。

传统模板支架成本核算如下：Q235盘扣式支架154元/t；租赁费用每吨210元/月；租赁时间4个月；搭设人工费8元/m²。总成本30.1万元。

装配式加固系统装置成本核算如下：槽钢横梁及梁托26.3元/t；租赁费用每吨785元/月；租赁时间3.5个月；螺杆及三角支座7.6 t；单价241.7元；搭设人工费5元/m²。

优化桁架下弦钢筋后，钢筋桁架楼承板节约钢筋0.37 kg/m²。14 cm厚楼板设计面积约45 000 m²，经初步测算节约钢筋88 245元。总成本11.2万元。

综上所述，装配式钢结构住宅简支型钢筋桁架楼承板无支撑施工工法可节约工期15 d，节约成本27.72万元。

5 结论

通过钢结构住宅简支型钢筋桁架楼承板无支撑施工实施研究，得出如下结论。

（1）钢筋桁架楼承板制作前必须采取“强腹杆弱下弦”的深化设计原则，根据梁柱间距进行深化设计，腹杆和上弦钢筋的选取可参照表2装配式钢结构住宅建筑钢筋桁架楼承板施工阶段深化设计配筋选用（建议型）。（2）采用装配式加固系统时可使上部承拉梁与楼承板设计方向一致，即沿结构短边设置，下部承托梁垂直于钢筋桁架楼承板设置，减小承拉梁的弯曲变形，同时根据结构受力要求调整承拉梁槽钢型号。（3）钢筋桁架的支座竖筋和支座水平筋必须与钢梁和栓钉焊接，确保桁架整体受力刚度。（4）钢梁栓钉必须在钢筋桁架楼承板铺设完成后，根据桁架支座位置进行焊接，严禁提前设置，避免与桁架支座钢筋位置冲突。