钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板设计与施工技术研究

钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板设计与施工技术研究

张兴伟  ,石磊    ,李贵前

中国水利水电第五工程局有限公司 (四川  成都 610066)

摘要：目前国内外建筑市场传统的钢筋混凝土结构、钢结构、网架结构等结构型式单一，其结构的跨度、截面尺寸、承载力等受限制比较多，对大跨度、大截面的构件，施工复杂，安全隐患较多，且需要大量的周转材料配合施工，施工周期较长。随着国内建筑市场的发展，轻量化、工厂化、装配化、建筑舒适性将变成未来的发展趋势，公共建筑对内部的空间也将会越来越宽广，屋顶的功能利用也随之从传统的不上人屋面，改变为可上人的屋面。本研究针对东盟艺术学院项目艺术中心剧院大跨度、大空间、承载力高的上人屋面需求，采用钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板作为楼板现浇砼结构和支撑结构，实现大跨度上人屋面舞台功能。

关键词：钢筋桁架；钢结构网架；组合楼板；结构设计

一、项目概况及技术指标

东盟艺术学院项目是第31届世界大学生夏季运动会成都大运村工程，被列为成都市、四川省重点工程，其工程规模大、技术含量高、质量安全要求高、施工工期紧等特点，该项目的艺术中心根据校方及大运办的需求，艺术中心屋面需要设置一个屋面露天舞台，供平时的露天演出需要。而屋面露天舞台下部正好是观众坐席区，该区域是一个30mX30m的开阔空间，中间不允许设置框架柱等支持结构，且观众厅上空还需要设置面光桥、追光室等以满足剧院演出的需要。因此屋面露天舞台的结构不仅需要满足上部舞台荷载的抗压、同时还有满足下部面光桥、追光室等构件荷载的抗拉能力。如采用普通钢筋混凝土结构，其结构对梁的截面尺寸及承重的墙柱均要相应的加大，且混凝土简支梁梁跨度无法达到10m以上，需额外增加支撑点，同时需要消耗大量的钢筋、砼、模板、钢管等材料，施工耗时长，艺术中心剧院的功能还会受到相应的影响。

二、施工准备

一方面，要做好钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板深化设计。项目部成立研究小组，根据现场实际情况，熟悉设计文件。根据设计文件要求，进行施工现场实际测量，在设计阶段利用PKPM等软件分析结构特性选择性能良好的材料，使结构满足荷载要求，根据设计的系统结构建立三维模型，形成深化图纸用于工厂加工，现场根据构件编号对应安装。明确安全文明、质量控制、环境保护的规章制度，严格组织技术交底，并落实到每个作业人员。另 方面，要做好施工方案编制。根据现场实际情况结合钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板技术点，按照相关规范与设计图纸合理安排施工人员资源投入编制好施工方案。具体钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板施工工法工艺流程如下图1所示：

图1：钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板施工工法工艺流程

三、施工关键技术

（一）操作平台搭设及预埋钢板安装

编制钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板操作架施工方案，并审批完成。操作平台跟随主体钢筋混凝土结构的进度，按照方案要求同步搭设。操作平台搭设完成，进行三检，三检合格报请监理验收，验收合格方可投入使用。根据设计图，对钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板进行构件拆分编号，形成材料表。将拆分的构件清单，委托专业厂家进行生产、制作，并根据进度计划分批进场。主体钢筋混凝土结构施工至支座平台时，根据设计图纸在钢筋上放出预埋板位置线。将预埋钢板根据定位线，埋入支座内，保证所有预埋钢板在设计水平标高内，并与钢筋焊接固定，并浇筑在钢筋混凝土内。浇筑混凝土时需要对预埋板上的地脚螺栓进场保护，防止混凝土溅洒到地脚螺栓上。

（二）钢结构网架安装

1.材料进场

根据进度计划需求，分批将钢结构网架构件拉到现场指定堆场分类存放每批构件进场时都需要检查产品合格证等是否齐全，是否符合要求，检查外观质量、构件尺寸等是否符合要求，检查合格方可用于工程。

2.小拼单元焊接

在等待主体混凝土强度期间，可在堆场，先将焊接球和斜腹杆根据编号顺利先进行集中焊接，形成小拼单位。

1）放球：将己验收的焊接球，按规格、编号放入安装节点内同时应将球调整好受力方向与位置。一般将球水平中心线的环形焊缝置于赤道方向。有肋的一边在下弦球的上半。2）放置杆件：将备好的杆件，按规定的规格布置钢管杆件放置杆件前，应检查杆件的规格、尺寸，以及坡口、焊缝间隙将杆件放置在二个球之间，调整间隙。3）平面网架的拼装应从中心线开始，逐步向四周展开，先组成封闭四方网格，控制好尺寸后，再拼四周网格，不断扩大。注意应控制累积误差，一般网格以负公差为宜。4）平面网架焊接，焊接前应编制好焊接工艺和网接顺序，防止平面网架变形。5）平面网架焊接应按焊接工艺规定，从钢管下侧中心线左边20—30mm处引弧，向右焊接，逐步完成仰焊、主焊爬坡焊、平焊等焊接位置6）球管焊接应采用斜锯齿形运条手法进行焊接，防止咬肉。7）焊接运条到圆管上侧中心线后，继续向前焊20-30mm处收弧。8）焊接完成半圆后，重新从钢管下侧中心线右边20-30mm处反向起弧，向左焊接，与上述工艺相同，到顶部中心线后继续向前焊接，填满弧坑，焊缝搭接平稳，以保证焊缝质量。

3.网架主体组装

1）将一球四杆的小拼单元(一球为上弦球，四杆为网架斜腹杆)吊入平面网架上方。2）小拼单元就位后，应检查网格尺寸，矢高，以及小拼单元的斜杆角度，对位置不正、角度不正的应先矫正，矫正合格后应在球上点焊好焊接衬管。3）安装时发现小拼单元杆件长度、角度不一致时，应将过长杆件用切割机割去，然后重开坡口，重新就位检查。4）但小拼单元就位后暂勿与平面网架点焊，还需与上弦杆配合后才能定位焊接。

4.钢网架上弦组装与焊接：

1）放入上弦平面网架的纵向杆件，检查上弦球纵向位置、尺寸是否正确。2）放入上弦平面网架的横向杆件，检查上弦球横向位置、尺寸是否正确。3）通过对立体小拼单元斜腹杆的适量调整，使上弦的纵向与横向杆件与焊接球正确就位。对斜腹杆的调整方法是，既可以切割过长杆件，也可以用倒链拉开斜杆的角度，使杆件正确就位。保证上弦网格的正确尺寸。4）调整各部间隙，各部间隙基本合格后，再点焊上弦杆件。5）上弦杆件点固后，再点焊下弦球与斜杆的焊缝，使之连系牢固。6）逐步检查网格尺寸，逐步向前推进。网架腹杆与网架上弦杆的安装应相互配合着进行。7）网架安装结束后，应按安装网架的条或块的整体尺寸进行验收。8）网架必须待焊接工序完毕，焊缝外观质量，焊缝超声波探伤报告合格后，才能进行下一步工序施工。

（三）钢筋桁架安装

1.材料进场

根据设计图，对钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板进行构件拆分编号，形成材料表，材料表如表1所示：

表1：构件材料表

根据进度计划需求，分批将钢筋桁架拉到现场指定堆场分类存放每批构件进场时都需要检查产品合格证等是否齐全，是否符合要求，检查外观质量、构件尺寸等是否符合要求，检查合格方可用于工程。

2.堆放吊运

1）存放时，应略微倾斜放置（角度不宜超过10度），以保证水分尽快从板的缝隙中流出。2）成捆钢筋桁架与地面接触时应设垫木；捆与捆叠加堆放时，两捆板之间应设垫木，叠放高度不得超过三捆。3）存放时间不宜过长，楼承板施工速度要快，从搬入存放到混凝土浇注完成不宜超过2周。4）吊运时，必须采用配套软吊带兜底吊运，多次使用后应及时进行全面检查，有破损则需报废换新；应轻起轻放，不得碰撞，防止钢筋桁架边变形；不得使用钢索直接兜吊，避免板边在吊运过程中受到钢索挤压变形，影响施工。

3.钢筋桁架安装

1）铺设前，应按图纸所示的起始位置放设铺板时的基准线。对准基准线，安装第一块板，并依次安装其它板，采用非标准板收尾。2）铺设时应随铺设随点焊，将钢筋桁架支座竖筋与钢梁点焊固定。3）钢筋桁架安装时板与板之间扣合应紧密，防止混凝土浇筑时漏浆。4）钢筋桁架在钢梁上的搭接，桁架长度方向搭接长度不宜小于5d（d为钢筋桁架下弦钢直径）及50mm中的较大值；板宽度方向底模与钢梁的搭接长度不宜小于30mm，确保在浇注混凝土时不漏浆。5）钢筋桁架与钢梁搭接时，宽度方向需沿板边与钢梁点焊固定,要求焊点间距为300mm,焊点间距允许误差为+50mm。6）边模板安装时，将边摸板紧贴钢梁面，边摸板与钢梁表面每隔300mm间距点焊长25mm、高2mm的焊缝。安装后，要全面检查，确保所有的边模都已经按照施工图要求安装完毕，保证无漏浆部位的存在。

（四）栓钉焊接

在钢筋桁架铺设完毕以后，根据设计图纸进行栓钉的焊接。焊接前钢梁或钢筋桁架表面如存在水、氧化皮、锈蚀、油漆、油污、水泥灰渣等杂质应清楚干净。焊接前栓钉不得带有油污、两端不得锈蚀，否则在施工前应采用化学或机械方法进行清楚。焊接瓷环应保持干燥状态，如受潮则应在使用前经120℃烘干2小时。焊枪、栓钉的轴线要与钢梁表面保持垂直，同时用手轻压焊枪，使焊枪、栓钉、瓷环保持静止状态。在焊枪完成引弧、下压的过程中保持焊枪静止，待焊接完成后再轻提焊枪。抗剪连接栓钉部分直接焊在钢结构网架顶面上，为非穿透焊；部分钢结构网架与栓钉中间夹有镀锌底模板板，为穿透焊。栓钉30度的弯曲试验，其焊缝及热影响区不得有肉眼可见的裂缝。

四、效益分析

    本研究依托东盟艺术学院艺术中心施工开展了系列研究工作。确定了钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板施工图纸、施工技术方案，研究了钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板和主体间的抗震、防火和防风的方法。本技术是为了适应大跨度、大空间、承载力高、抗震性能好的需求，由于其结构自重轻，减少基础及墙柱的造价，综合投资造价成本可节省10%；且不需要模板及方木支撑，节省模板、方木100%，节省人工30%；不需要结构梁，缩小承重柱截面尺寸，减少柱配筋率，且钢结构网架还能作为吊顶的转换层及钢结构走道使用，此项总体可节省钢材30%，节省人工15%；在钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板施工时只需要搭设操作架，不需要搭设满堂架，可节约周转材料40%，节省人工40%；此外钢筋桁架与钢结构网架支撑组合楼板主要受力构件均为工厂加工现场拼装，施工便捷、缩短工期，节省人工40%。

参考文献：

[1]刘轶,童根树,李文斌,等.钢筋桁架叠合板性能试验和设计方法研究[J].混凝土与水泥制品,2019(2):57-60.

[2]王元清,袁霞,张延年.钢筋桁架混凝土双向叠合楼板承载性能分析[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2021(3):385-391.

[3]刘运林,叶献国,胡昊.带格构钢筋混凝土叠合板的数值模拟与格构钢筋作用分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版), 2019,37(9):1093-1096.

[4]黄玉梁,盛宏玉,王宗磊.考虑现浇砼收缩与滑移时叠合板承载力的研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版), 2017,40(6):809-813.