低层冷弯薄壁型钢房屋楼盖系统分析研究

黄永超 王越 梁超 郑霄

摘 要：低层冷弯薄壁型钢房屋是目前国内大力发展的装配式房屋体系之一，沿用国外成熟的结构理念，逐渐诞生了一些更适合中国国情的构造措施和建筑做法，这里专门针对该类房屋的楼盖系统进行利弊分析，提出新的理论模型，力求找到更优的装配式楼盖系统解决方案。

关键词：冷弯薄壁型钢；装配式；楼盖系统；夹层楼板

1 前言

随着JGJ 227—2011《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》的发布，低层冷弯薄壁型钢房屋在国内的应用越来越广泛，逐渐成为低层装配式建筑的首选结构形式。

低层冷弯薄壁型钢房屋（以下简称薄壁型钢房屋）在国内的定义：以冷弯薄壁型钢为主要承重构件，层数不大于3层，檐口高度不大于12m的低层房屋建筑。

薄壁型钢房屋的楼盖系统由密肋梁及其上铺设的结构板组成，常见的楼盖系统如图1所示。

国内外薄壁型钢房屋的楼盖系统，大致有以下几种形式：

（1）实腹梁（桁架梁）+结构板材（OSB板、水泥纤维板或其他板材）+装饰面层。

（2）实腹梁（桁架梁）+低波纹压型钢板楼承板+现浇钢筋混凝土+装饰面层。

这些楼板系统有两个共同的特点——①密肋梁+结构面板；②梁按简支单独进行结构计算，并能满足强度和变形要求。

我们将针对薄壁型钢房屋的特点，根据结构原理建立新的楼盖系统理论模型，并进行分析研究。

2 楼盖系统的作用

薄壁型钢房屋的传力方式类似于盒子：（1）竖向荷载通过楼盖传给承重墙体，后者再传给基础；（2）水平风荷载、地震作用通过楼盖传给相应抗剪墙体后传给基础。

楼盖连接了多面墙体，既要将楼面荷载传给承重墙，也要将各向水平力传递给相应抗剪墙，所以他必须同时具备竖向和水平方向的强度和刚度。

目前常用的几种楼盖系统都是利用简支梁将竖向力传给两端墙体的立柱，其整体受力方式与单向板传力近似，这就需要在设计过程中调整梁的布置方向来平衡竖向力的传递，避免竖向力过于集中。

3 常见楼盖系统的缺点

（1）楼盖系统的截面很高（300mm左右），要达到现浇混凝土楼板结构相同净高需要付出更大代价。

（2）梁单独验算，忽略了板的组合作用，用钢量大。

（3）需要较多的构造措施来保障整个楼盖系统的整体性，而过高的截面也导致了上下楼层的墙体需要更多的配件才能连接，经济性和可靠性较差。

（4）水平两个方向的刚度差异较大，房屋整体传力的可靠度受影响。

4 新型楼盖系统理论模型

4.1 理论模型借鉴了压型钢板组合楼板和预应力钢筋混凝土空心楼板的结构原理

（1）以压型钢板为底模的现浇混凝土楼板，有两种形式：

①压型钢板组合楼面：压型钢板参与结构计算，可减少下部受拉钢筋用量。

②压型钢板非组合楼面：压型钢板仅作为免拆模板使用，混凝土单独计算配筋。

薄壁型钢房屋的梁布置很密，间距在600mm左右，上面铺设压型钢板再浇筑钢筋混凝土，无法充分利用组合楼板的性能，造价偏高。所以，小跨度的楼盖可以直接采用压型钢板组合楼板而取消密肋钢梁。

一般跨度的现浇混凝土楼板的配筋率较小，往往达到最小配筋率的构造配筋就能满足设计要求（比如3m跨度的100厚楼板约0.2%最小配筋率），而100厚的组合楼板采用1.0mm厚的压型钢板，仅钢板本身如果折算成钢筋就可高达1.2%以上的配筋率，而这些钢材的强度基本没有用上。新型楼盖系统方案将研究如何充分有效的利用压型钢板的抗拉强度。

（2）预应力钢筋混凝土空心楼板以及更复杂的大跨度钢筋混凝土空心夹层楼板的构造原理可以直接借用在新型楼盖系统模型上。

4.2 冷弯薄壁型钢夹层楼板

（1）结合上文两类楼板的优点，并利用冷弯薄壁型钢的特点，建立一种新型的楼盖系统模型，我们命名为冷弯薄壁型钢夾层楼板，分为两大类：a、冷弯薄壁型钢空心夹层楼板，b、冷弯薄壁型钢实心夹层楼板，如下图2所示。

这种楼盖系统最大的特点：正弯矩由下部钢板来承担，受压区由混凝土、高抗压强度的板材或是二者的组合来实现，龙骨仅是为了构建楼板有效截面高度以增加竖向刚度（图3）。

4.3 优点

（1）新型楼盖系统降低了整体高度，与传统现浇混凝土楼板高度接近；（2）材料各司其职，受力清晰，节约成本；（3）作为一个整体受力体系，若边梁采取一定的加强措施，可以不考虑与墙立柱一一对应，布局更加灵活。（4）楼盖由近似的单向板系统变成了单双皆宜。（5）生产、安装比常用的楼盖系统更加方便，甚至可以和墙体采用通用龙骨，更适合整体模块化生产、运输和吊装。

4.4 需要注意的问题

（1）和压型钢板组合楼面一样，需要对底部钢板进行防火处理，有两种方式：防火涂料、外包耐火板。

防火涂料可以采用喷涂，既有防火性能，也可直接作为装饰涂料。外包耐火板材，根据耐火极限的要求，可以采用耐火石膏板、硅酸钙板等耐火材料吊顶来实现，既防火又美观。

（2）钢材的耐久度要和建筑使用年限一致，建议采用镀锌Zn275或是镀铝锌AZ150及更好的防腐涂层加以保护，普通环境下镀锌量275g/m2的冷弯薄壁型钢使用年限大于75年。

4.5 计算

（1）可按四周简支的双向板来进行结构计算；若长宽比大于2则按简支单向板来计算。下部钢板承担全部拉力，上部混凝土或结构板承担全部压力。

（2）需要完善的试验来验证结构的可靠性：按照上述理论模型建造试验楼板，逐步加荷并测量变形数据，观察破坏形式，核实理论计算与实测数据的偏差。

（3）连接构造要求。①楼盖龙骨的四周设置刚性K型支撑，加强楼盖整体稳定和刚度。②下部受拉钢板和上部受压结构板与龙骨之间采用M5.5自攻螺钉，间距不大于100mm，并要经过抗剪验算。

5 结束语

新型的楼盖系统——冷弯薄壁型钢夹层楼板，它传力清晰、易于安装、节约空间、成本低廉，和低层冷弯薄壁房屋的结合度非常高，便于模块化、产业化，利于装配式房屋的推广和应用。

参考文献：

[1] JGJ 227—2011.低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程[S].

[2] 中国建筑工业出版社出版的《钢结构设计手册》（第三版）.

[3] 赵维， 杨建军. 浅谈三种现浇混凝土空心楼盖板[J].山西建筑，2006.

[4] 原雪.薄壁箱体现浇混凝土空腹楼盖的受力性能和设计方法研究[D].中南大学，2013.