钢结构“平板”建造
使用自定义预制钢梁来支撑空心板的系统，使得建造经济，并降低结构层高。
平板式楼板系统相对于其他楼板系统来说有一些优势，其中最主要的一点是使得建筑结构的层高更低。低层高结构对于大部分住宅项目，如公寓、寝室、大学宿舍等都是一个相当重要的基本指标。平板系统通常是和其他材料而不是钢结构联系在一起的，然而，当十年前梁板技术中引入了D形梁以后，为钢结构在平板楼面系统中的使用提供了机会。
D形梁非常薄，钢结构梁自定义出宽翼缘和钢板形状，埋置在预制空心楼板中（见图1）。此时楼板系统通常是一个平板结构，钢梁基本不会伸出平板底部。
图1 D形梁梁板系统截面
D形梁是梁板体系的核心组成部分，梁板系统也因为D形梁的出现进入了预制阶段。钢结构制造商在对梁板系统项目进行招标时，会要求投标人准备制造许可牌照。这笔费用被添加到中标价格中，中标者支付梁板技术许可费用，这使得他们将D形梁的制造和组装规范化，从而和空心楼板进行组合。
将D形梁和灌浆空心楼板进行组合之后整个结构的抗弯刚度要比单独的钢梁大得多。D形梁及其与平板的相互作用使其成为梁板技术的独到之处。
工程案例
使用梁板建造系统的一个实例是在罗格斯大学新泽西州的卡姆登校区。该大学准备建造一栋新的宿舍楼，对几种结构体系进行了调研。目标是选择一个具备以下特征的框架结构：①经济型；②非专有系统；③工期短；④层高低；⑤允许在建造高层时同时装修低层；⑥外部系统可以随意更换；⑦楼面具有开放空间；⑧没有转换梁；⑨具有灵活性，方便建筑表达。
钢结构中采用D形梁来支撑空心楼板的框架体系完全满足了以上要求。从这个结构体系被选中开始，设计团队就与建造商、钢结构制造商和梁板技术团队密切配合，选用最优化的方案来满足制造的要求和安装的需要。
简单但是非常关键的问题包括消灭超筋柱，设计和记录所有连接构件的详细信息，消除与板跨平行的周边拱肩框架，对结构系统坐标和机械系统坐标进行统一，避免在施工过程中可能出现的问题（见图2、3）。
图2 2011年9月中旬完全树立起来的平板结构
图3 2012年1月的第一周，整个结构基本完工
对于任何框架体系，经济设计的关键是对细节和约束的熟悉。负责结构设计的哈曼系团，十分熟悉梁板系统，之前已经设计过5个梁板体系的项目。钢结构制造商，柏林钢铁建造公司，对于这种体系同样十分熟悉。罗格斯大学卡姆登项目是第13座梁板体系建筑。此外，梁板系统的合伙人丹•费舍尔在整个项目中提供了极好的技术支持。2002年，这个有30年经验的钢结构制造商开发了梁板技术，费舍尔在钢结构制造和安装方面的专业知识是团队在设计过程中的宝贵资源。
罗格斯大学卡姆登项目在预算之内提前完工。罗格斯大学需要尽可能多的学生宿舍，D形梁板系统与钢结构框架的多种组合为其提供了完美答案。
更多关于系统效率的信息
框架梁板楼板具有良好的经济性。罗格斯项目中典型楼板中D形梁的基本重量在磅每平方英尺，这就使得项目预算十分宽松，可以进行一些显著的建筑方面的表达，例如在建筑物东北角的悬臂部分。
这种系统的安装非常迅速。所有的螺栓建造使得钢结构施工十分快速，在楼板框架就位后，空心楼板就被放置上去，钢筋穿过D形梁连接在平板两端，并在两端灌浆（见图1）。
有效地配置D形梁框架地板
实际的极限跨度是18英尺，8英寸厚的D形梁支持8英寸厚的空心楼板后，跨度可以达到30英尺。使用预制悬臂梁后可以增加柱距，通常被称为“树柱”（见图4、5）。树柱上的的悬臂“树梁”外观上与D形梁相同，但是并不是抵抗负弯矩的组合构件。当使用树柱的时候，柱距可以增加到大约23英尺，虽然跨度的限值取决于构件尺寸、板跨和荷载，D形梁只是需要的时候使用。传统的W形框架可以在任何可能的情况下使用，例如拱肩梁，支撑框架和其他可以使用W形框架的地方。
图4 树柱被用来增加柱网间距
图5 安装树柱
抗侧力系统和楼面板
空心楼板钢框架结构的侧向力通常由支撑框架或者框架承担。支撑框架应当在空心楼板的跨度范围内工作。通常，这就需要将支撑框架放置在垂直于平板跨度方向的每个第二或者第三个跨。这种安排限制了横板跨度，易于对尺寸进行管理，并更好地调动了抗侧力荷载的倾覆力矩结构的恒载。使用这种支撑框架的数量越多，在柱和基础上可能出现的张拉力就越小。需要时可以使用4英寸宽的HSS角支撑，因为这些狭窄的构件非常适合应用在标准墙上。
在罗格斯大学卡姆登项目中，在建筑长向方向平行放置了一个支撑框架。一个连续的阻力支撑也被平行放置，靠近走廊和建筑物连接在一起，将沿着建筑长向的侧力传递到支撑框架上。可选的另一种长向支撑框架需要沿着外部柱列方向设置W12形拱肩梁。
2英寸厚结构顶板的使用可以极大地提高跨度和楼板强度，项目中的顶板可以代替非顶板来抵抗地震力。然而，这种结构顶板也有一些缺陷，会增加成本，在冬季施工也会出现一些问题。顶板并没有被采用，取而代之的是一种英寸厚的材料。空心板可能会产生拱起，但是这种平面材料可以提供更平的楼面，并且可以在建筑完工后进行安装。
拱肩梁
当使用平板对外围进行支撑，或当外观材料可以进行预制或者设计成跨越柱距时，平行于空心板的拱肩梁可能被淘汰。减少拱肩梁可以减少用钢量，但同时也要注意提供钢梁来代替原本拱肩梁起到的作用。
在罗格斯大学卡姆登项目中，没有采用拱肩梁结构。设计平板来支撑外围结构，并在平板的边缘设置连续钢梁。
结论
采用D形梁支撑空心楼板的梁板钢框架结构往往为中高层住宅建筑提供了最经济的方案。这个系统相对现浇混凝土和砌体结构来说，自重轻，这样也节约了基础成本。作为一个结构体系，其层高较低，一年左右即可建造完成。空心楼板提供了良好的隔声效果和平坦的楼面，消除了与楼板上机械装置发生冲突的可能。因为这一系统是专利技术但并不专有，制造商可以支付使用费用给专利人，所有的钢结构制造商都可以参与梁板项目的竞标。
成本问题
比较不同项目的成本花费是十分困难的，地理位置、经济条件和项目的几何形状的差异都会带来成本差异。例如，罗格斯大学卡姆登项目因为建筑物悬臂部分的建造就需要一些额外的钢结构成本。然而，如果是一个木板和砖石承重墙项目，我们就不可能去建造悬臂结构。同样地，砖石承重墙建筑可能会需要在二层楼板下建造昂贵的转换梁为一层楼面提供开敞空间。
结构工程师往往通过单位面积用钢量来对钢结构项目进行判断。这个项目中，基本楼板框架的用钢量为磅/平方英尺，已经是非常低了，整体用钢量为磅/平方英尺。但是即便结构效率如此之高，如果不是因为使用了梁板系统来降低了结构层高，钢结构是不会被采用的。
（本文摘译自Modern Steel Construction 周 颖译）
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