CN106401036B - 一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构 - Google Patents

Abstract

一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，包括钢框架和预制混凝土楼板，所述钢框架包括钢柱和钢梁，所述预制混凝土楼板位于所述钢梁的上方并通过连接件安装在钢梁上；所述预制混凝土楼板为预应力空心楼板。本发明提供一种造价低、易推广的装配式钢框架预制混凝土楼板结构。

Description

一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构

技术领域

本发明属于装配式建筑技术领域，尤其涉及一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构。

背景技术

工业化建筑在国内外逐步替代大规模现场制作建筑，采用工厂化预制，在建筑工场组装，是建筑业发展的方向，已成为我国建筑业发展的国家战略加以大力推行。目前在工业化建筑的主要形式为装配式混凝土结构，鉴于我国钢产量的大量库存和钢结构在城市建设中环保、高效的优势，大力推广钢结构建筑也是一个发展方向。

现有的钢结构建筑主要是在工厂制作钢结构梁、柱构件，在现场组装成框架结构，再在现场浇筑混凝土结构楼盖。这种结构体系的优点之一是通过现浇混凝土结构楼盖可将钢结构框架紧密的连成整体，同时满足层间隔音保温等功能；但此体系存在一个致命弱点就是现场混凝土浇筑量大，需要的人工多，还需要一定数量的模板及支撑等，且现场混凝土施工带来较大的粉尘，对城市环境有一定的影响。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种造价低、易推广的装配式钢框架预制混凝土楼板结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，包括钢框架和预制混凝土楼板，所述钢框架包括钢柱和钢梁，所述预制混凝土楼板位于所述钢梁的上方并通过连接件安装在钢梁上；

所述预制混凝土楼板为预应力空心楼板。

进一步，所述预应力空心楼板的上部设有板面钢筋，所述预应力空心楼板的中部沿着跨度方向设有空心通孔，所述预应力空心楼板的下部穿设有板底钢筋，所述板面钢筋沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段，所述板底钢筋沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段，所述板面钢筋为非预应力钢筋，所述板底钢筋包括预应力钢筋和非预应力钢筋，且预应力钢筋与非预应力钢筋间隔布置；

所述连接件为连接短板，所述连接短板的下部沿着预应力空心楼板跨度方向设有用于板底钢筋的外伸段穿过的预留孔，所述连接短板成两列间断式焊接在所述钢梁的上表面上，所述板面钢筋位于所述连接短板的上方。

再进一步，设置在钢梁两侧相邻两块的预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段同时穿过同一排的两个连接短板的预留孔，且通过钢筋扣紧夹头将两根板底钢筋的预应力钢筋的外伸段夹紧，所述钢筋扣紧夹头位于两个连接短板之间，两根板底钢筋的非预应力钢筋的外伸段穿过同一排的两个连接短板的预留孔直接焊接在连接短板上；

所述钢梁的上方还设有板面连接钢筋，所述板面连接钢筋位于相邻两块的预应力空心楼板之间，且其左右两端分别与两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段连接；

设置在钢梁上并沿着预应力空心楼板跨度方向的相邻两块预应力空心楼板之间设有现浇混凝土连接部，所述现浇混凝土连接部的上表面与预应力空心楼板的上表面齐平，相邻两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段、板面连接钢筋、连接短板、相邻两块预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段、钢筋扣紧夹头均位于所述现浇混凝土连接部内；

与预应力空心楼板跨度方向垂直的方向上，相邻两块预应力空心楼板之间拼接，且其拼缝处灌注有水泥砂浆。

再进一步，在钢梁的上表面楼板搁置处沿梁长方向粘贴有薄层泡沫胶带，所述预应力空心楼板搁置在薄层泡沫胶带上。

更进一步，所述钢筋扣紧夹头为一个内壁刻有牙痕、外表面有机械压痕的钢制套筒。

钢筋扣紧夹头设置有两个，两个钢筋扣紧夹头左右对称布置。

所述预应力空心楼板的体积空心率小于等于40％。

本发明的有益效果主要表现在：对建筑中的楼盖也采用工厂化预制技术，将预制混凝土楼板在现场进行吊装，只对预制混凝土楼板的连接处浇筑少量的混凝土，使之达到整体结构的功能；由于在工厂预制混凝土楼板，混凝土的施工质量可大大提高，同时采用预应力空心楼板技术，可较大幅度降低结构整体的自重，可降低对地基的处理要求，有利于建筑物降低工程造价；克服当前钢结构建筑工程造价高、不易推广的困难。

附图说明

图1是钢梁上表面焊接两列间断式短板的结构示意图。

图2是钢梁截面放大示意图。

图3是预制混凝土楼板结构示意图。

图4是预制混凝土楼板截面示意图。

图5是钢梁上预制混凝土楼板连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，包括钢框架和预制混凝土楼板，所述钢框架包括钢柱和钢梁1，所述预制混凝土楼板位于所述钢梁1的上方并通过连接件安装在钢梁1上；

所述预制混凝土楼板为预应力空心楼板。

进一步，所述预应力空心楼板的上部设有板面钢筋7，所述预应力空心楼板的中部沿着跨度方向设有空心通孔11，所述预应力空心楼板的下部穿设有板底钢筋，所述板面钢筋7沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段8，所述板底钢筋沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段9，所述板面钢筋为非预应力钢筋，所述板底钢筋包括预应力钢筋5和非预应力钢筋6，且预应力钢筋5与非预应力钢筋6间隔布置；

所述连接件为连接短板3，所述连接短板3的下部沿着预应力空心楼板跨度方向设有用于板底钢筋的外伸段穿过的预留孔4，所述连接短板3成两列间断式焊接在所述钢梁1的上表面上，所述板面钢筋7位于所述连接短板3的上方。

再进一步，设置在钢梁1两侧相邻两块的预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段9同时穿过同一排的两个连接短板3的预留孔，且通过钢筋扣紧夹头12将两根板底钢筋的预应力钢筋5的外伸段夹紧，所述钢筋扣紧夹头12位于两个连接短板之间，两根板底钢筋的非预应力钢筋的外伸段穿过同一排的两个连接短板的预留孔直接焊接在连接短板上；

所述钢梁1的上方还设有板面连接钢筋13，所述板面连接钢筋13位于相邻两块的预应力空心楼板之间，且其左右两端分别与两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段8连接；

设置在钢梁上并沿着预应力空心楼板跨度方向的相邻两块预应力空心楼板之间设有现浇混凝土连接部14，所述现浇混凝土连接部14的上表面与预应力空心楼板的上表面齐平，相邻两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段8、板面连接钢筋13、连接短板3、相邻两块预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段9、钢筋扣紧夹头12均位于所述现浇混凝土连接部内；

与预应力空心楼板跨度方向垂直的方向上，相邻两块预应力空心楼板之间拼接，且其拼缝处灌注有水泥砂浆。

再进一步，在钢梁1的上表面楼板搁置处沿梁长方向粘贴有薄层泡沫胶带，所述预应力空心楼板搁置在薄层泡沫胶带上。

更进一步，所述钢筋扣紧夹头12为一个内壁刻有牙痕、外表面有机械压痕的钢制套筒。

钢筋扣紧夹头12设置有两个，两个钢筋扣紧夹头左右对称布置。

所述预应力空心楼板的体积空心率小于等于40％。

本实施例中，所述预应力空心楼板为在工厂预制的构件到现场组合装配而成，每个建筑单元的预应力空心楼板可以是一整块，也可以是若干块。

本发明的基本原理是利用钢结构框架工厂化制作的成熟工艺，加上先张法预应力空心楼板的加入，通过两者的有效连接，将钢结构与预制混凝土技术相结合，构造成可靠的框架结构体系。根据建筑的功能要求，首先在工厂加工制作钢梁与钢柱，同时在混凝土预制工厂制作预制混凝土楼板即预应力空心楼板，通过建筑工地的现场组装，使钢梁与钢柱间形成近似刚接的节点连接，构成结构的空间承重体系；再将预应力空心楼板置于楼层钢梁之上，在钢梁位置采用局部混凝土现浇方法，将预制楼板连接成混凝土楼盖结构，并同时与钢梁进行刚性连接，为先前形成的钢梁、钢柱空间体系提供刚度极大的水平多层支撑体系，从而形成与现浇混凝土楼盖体系相似的钢框架混凝土楼盖组合框架结构体系。

本发明的先张法预应力空心楼板可较大幅度地减轻楼盖结构的自重，而预应力技术的加入可使楼盖的刚度得到提高，能有效地杜绝或减少现浇混凝土楼盖结构中普遍出现的混凝土楼板开裂现象，本发明的结构体系对地基基础无特殊要求，在与现浇体系相同的地基基础条件下，由于自重的减轻，本发明的结构体系也会使地基基础的安全度得以提高。

本发明的技术方案是建立在现行的钢框架现浇混凝土楼盖结构的基础上提出的，钢框架主要由工字型钢梁和H型钢柱组成，在节点处采用螺栓或焊接方式组成空间框架承重体系，在工字型钢梁上焊锚栓与现浇混凝土楼盖相结合。本发明对钢梁、钢柱的形式及它们的节点连接方式不作改变，仅改变楼盖结构方式以及楼盖与钢梁间连接方式。

预制的预应力空心楼板的设计方法依照现行的预应力混凝土板设计标准执行。首先要根据建筑设计对楼层中各建筑单元的楼板按大小及受力特性进行分类，对于建筑单元楼板面积较小，适合现有的预制条件及运输吊装条件的尽可能以整板预制、吊装处理；当建筑单元楼板面积较大，无法进行整体预制或运输、吊装的，必须将楼板按搁置方案进行分块，确定楼板跨度方向，分别预制、运输、现场吊装、拼接。对原设计进行分块处理后的楼板，需按分块后的楼板受力特点重新进行复核设计，确定新的楼板配筋方案。

楼板钢筋构造上采用预应力筋与非预应力间隔布置的方式，且只在板底配置预应力钢筋，以保证楼板的抗震性能。预制混凝土楼板可采用箱型内孔或管型内孔方法预制，其制作标准可沿用现行的空心楼板制作标准，内孔的走向与受力钢筋的方向一致。预制混凝土楼板的净跨以所搁置的梁间距确定，按梁净间距加两端的搁置长度考虑。楼板的钢筋外伸端端面制成台阶状，台阶的长度不小于300mm，以便现浇连接时布设板面连接钢筋，板面连接钢筋与预制混凝土楼板的板面钢筋在台阶区域实现搭接。

在楼盖结构采用预制混凝土楼板后，钢梁与楼板的连接方式必须发生改变，本发明采用在钢梁上焊接间断式短板作为钢梁与局部现浇混凝土间的抗剪连接件，同时作为预应力钢筋的锚接点，连接短板在工字形钢梁上沿跨度方向焊两列，板高不超过板面钢筋，同时可作为板面钢筋的定位用。预制的混凝土楼板与钢梁连接时，将预应力空心楼板上外伸的非预应力钢筋直接穿过钢梁上短板上预留的孔，并用电焊将钢筋与连接短板焊接在一起；将预应力楼板上预应力钢筋的外伸段采用专用的机械式扣紧夹头连接。

在非支承楼板的梁区域，可根据梁、柱的设计尺寸预制专门的楼板搭设，也可作局部现浇处理。

本发明的具体实施方案如下：

1)按普通钢框架结构制作钢柱、钢梁，在钢梁1上表面焊接间断式连接短板3，如图1和图2所示，L为梁垮，b为梁翼缘宽，2为梁上翼缘，连接短板的板厚t可取所锚固钢筋直径，一般可取t＝8～10mm，连接短板在下部与板底钢筋对应标高位置预设预留孔4，供板底钢筋穿过，孔径以两侧钢筋同时穿过为宜，当钢梁上搁置单侧楼板，孔径只需满足单根钢筋穿过即可。

2)对结构的楼板设计进行预制混凝土楼板方案确定，能实现整板预制的直接按原设计进行预制，受预制、运输及吊装条件限制，无法进行整体预制的楼板需要先确定分块方案，将整块楼板分成若干块预制，再到现场拼装。由于经分块后的楼板有可能楼板受力特性发生改变，需要对分块后的楼板进行复核性设计计算，重新确定楼板的配筋设计，交预制厂加工制作。

现以常见的两端搁置的单向受力板为例说明钢梁、楼板间的结构制作与组装方案：

1)预制混凝土楼板形式采用先张法预应力空心楼板，按现行混凝土楼板设计标准设计，构造方面采用双层配筋，楼板的板底钢筋采用预应力钢筋和非预应力钢筋间隔布置，以满足一般抗震要求，板面钢筋均采用非预应力钢筋；预制混凝土楼板的混凝土强度不低于C40。

2)预应力空心楼板的体积空心率不超过40％，板厚度不小于150mm，即C≥150mm，可采用箱型通长内孔和管型通长内孔，跨度两端采用台阶形端面，如图3所示，其中板上部内缩尺寸K不小于300mm，板跨以框架梁的间距加上楼板搁置长度G(G≤J)确定，楼板在两端钢梁上的搁置长度G≥50mm。

3)预制混凝土楼板两端均需留外伸的钢筋。其中板底钢筋要求留出外伸长度，即外伸段的长度H需穿过钢梁上两列连接短板的预留孔，即H≥b-J，供板底钢筋在钢梁上进行锚固处理之用；板面钢筋的外伸段的长度K至端面混凝土表面为宜，其长度等于预制混凝土楼板端面的台阶长度加上板在钢梁上的搁置长度，此外伸长度作为楼板局部现浇混凝土的板面钢筋搭接长度。J是短板外边缘至工字钢翼缘边的距离，此距离用于搁置预应力混凝土楼板，G是预应力楼板预制时留出的搁置长度，D是楼板的净跨度，即搁置在两边梁上的净距(不包括搁置长度G)，也可称为板净跨，B是楼板与D垂直方向上的板宽度。

4)在钢梁的上表面楼板搁置位置沿梁长方向粘贴薄层泡沫胶带，将预制好的预制混凝土楼板吊装搁置于对应两梁的泡沫胶带之上，同时将板底钢筋的外伸段伸入梁上连接短板的预留孔内，当钢梁的两侧均有预制混凝土楼板时，应将两侧楼板的板底钢筋的外伸段伸入对应连接短板的相同位置预留孔内。预应力钢筋在穿孔时要同时将钢筋扣紧夹头一并穿过。

5)预应力钢筋的外伸段分别穿过钢梁上表面两块连接短板的预留孔，拉直钢筋后在两连接短板内侧用专门的钢筋扣紧夹头12夹紧，如图5所示，钢筋扣紧夹头12为适合小直径(Φ≤14mm)钢筋连接的元件，它是一个内壁刻有牙痕，外表面有机械压痕的钢制套筒，根据所扣紧的钢筋直径有不同的规格，当两根所需扣紧的钢筋套入后，用强力液压钳将套筒压扁，达到将两根钢筋扣紧连接的目的；板底钢筋中的非预应力钢筋的连接方式相似，只是将钢筋扣紧夹头取消，而直接用电焊方式将钢筋与连接短板焊接在连接短板两侧即可，以达到锚固的作用。

6)逐块楼板吊装，待一根钢梁上的楼板全部安装到位，测量并调整尺寸达到设计要求。

7)按设计要求配置钢梁上的板面连接钢筋，板面连接钢筋跨越钢梁，两端与两侧预制混凝土楼板的板面钢筋相搭接，搭接长度应满足现行混凝土结构规范的要求，当楼板的板面钢筋较粗，所留搭接长度不能满足规范要求时，也可采用焊接方法。

8)待楼层的全部或部分楼板吊、装就位，在钢梁上局部现浇混凝土，现浇混凝土的强度应与预制混凝土楼板的混凝土强度相一致，现浇混凝土厚度与楼板的板厚一致，面积包括钢梁上及两侧板端预留的台阶部分，使整个楼面达到相同的标高。

9)预制混凝土楼板块间的拼缝处理，在楼板底面沿缝粘贴密封胶带，从板面向下灌注水泥砂浆，灌满后表面抹平收光。

10)待现浇混凝土固化后，对其及时撒水养护。

11)当预制混凝土楼板间拼缝过大或局部现浇出现明显开裂等现象时，可在楼板面上铺设钢丝网片后再做找平层。

对于双向板以及边板、角板、阳台板等板型也可参照本实施方案处理。

本项发明将大板面的预制混凝土楼板技术与钢结构框架结构相结合，丰富了工业化建筑的形式；在钢梁上表面设置间断式布置的连接短板，既可作为钢梁与预制混凝土楼板之间的抗剪件，也是预制混凝土楼板钢筋的主要连接装置；钢梁上的预制混凝土楼板连接处采用局部现浇混凝土，将成块预制混凝土楼板重新拼接成完整的楼盖结构。

本发明为了解决当前钢结构建筑推广困难，同时为了改变当前钢结构建筑中钢结构安装与混凝土现浇两大工程的不协调问题，使钢结构与混凝土预制结构相配合，实现钢---混组合结构的工业化建筑，尽量减少现场混凝土浇筑量，同时保障建筑结构的抗震、稳定等功能。

Claims (5)

1.一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，其特征在于：包括钢框架和预制混凝土楼板，所述钢框架包括钢柱和钢梁，所述预制混凝土楼板位于所述钢梁的上方并通过连接件安装在钢梁上；所述预制混凝土楼板为预应力空心楼板；所述预应力空心楼板的上部设有板面钢筋，所述预应力空心楼板的中部沿着跨度方向设有空心通孔，所述预应力空心楼板的下部穿设有板底钢筋，所述板面钢筋沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段，所述板底钢筋沿着跨度方向水平布置且其两端均设有外伸段，所述板面钢筋为非预应力钢筋，所述板底钢筋包括预应力钢筋和非预应力钢筋，且预应力钢筋与非预应力钢筋间隔布置；

所述连接件为连接短板，所述连接短板的下部沿着预应力空心楼板跨度方向设有用于板底钢筋的外伸段穿过的预留孔，所述连接短板成两列间断式焊接在所述钢梁的上表面上，所述板面钢筋位于所述连接短板的上方；

设置在钢梁两侧相邻两块的预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段同时穿过同一排的两个连接短板的预留孔，且通过钢筋扣紧夹头将两根板底钢筋的预应力钢筋的外伸段夹紧，所述钢筋扣紧夹头位于两个连接短板之间，两根板底钢筋的非预应力钢筋的外伸段穿过同一排的两个连接短板的预留孔直接焊接在连接短板上；

所述钢梁的上方还设有板面连接钢筋，所述板面连接钢筋位于相邻两块的预应力空心楼板之间，且其左右两端分别与两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段连接；

设置在钢梁上并沿着预应力空心楼板跨度方向的相邻两块预应力空心楼板之间设有现浇混凝土连接部，所述现浇混凝土连接部的上表面与预应力空心楼板的上表面齐平，相邻两块预应力空心楼板的板面钢筋的外伸段、板面连接钢筋、连接短板、相邻两块预应力空心楼板的板底钢筋的外伸段、钢筋扣紧夹头均位于所述现浇混凝土连接部内；

与预应力空心楼板跨度方向垂直的方向上，相邻两块预应力空心楼板之间拼接，且其拼缝处灌注有水泥砂浆。

2.如权利要求1所述的一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，其特征在于：在钢梁的上表面楼板搁置处沿梁长方向粘贴有薄层泡沫胶带，所述预应力空心楼板搁置在薄层泡沫胶带上。

3.如权利要求1所述的一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，其特征在于：所述钢筋扣紧夹头为一个内壁刻有牙痕、外表面有机械压痕的钢制套筒。

4.如权利要求3所述的一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，其特征在于：钢筋扣紧夹头设置有两个，两个钢筋扣紧夹头左右对称布置。

5.如权利要求1所述的一种装配式钢框架预制混凝土楼板结构，其特征在于：所述预应力空心楼板的体积空心率小于等于40％。