CS板結構體系在實際設計中的應用

摘 要:CS板結構是一種新型結構，根據本人對該結構的實際設計經驗，在實驗室的理論基礎上，對CS板結構體系的實際應用提出看法和建議。

關鍵詞:CS板承重結構抗震設計構造優缺點

中圖分類號:TP文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(a)-0124-01

1 材料介紹

CS板是一種環保節能的結構構件，是承重、圍護、保溫、隔音一體化的新型綠色建筑構件，可用做圍護結構和受力構件，特別是作為豎向承重構件時，能很好的解決外墻外保溫的耐久性問題。

2 結構計算

CS板結構體系主要是采用CS墻板作為豎向承重構件，進行多層和低層房屋的設計。雖然CS板也可以作為抗彎構件當樓板使用，但考慮到結構的抗震整體性，本人在設計過程中還是采用了整體性更好的現澆鋼筋砼樓板，與豎向CS板承重墻、樓層梁、圈梁和構造柱共同作用形成CS板結構體系。

因為CS板中間為聚苯，僅墻體兩側為砼，不能等同為剪力墻的受力形態，實際設計中將CS板結構體系按照砌體結構進行構造，在樓板與墻板的連接部位設置鋼筋砼圈梁，在墻板的端頭、相交處和樓面梁搭設處設置構造柱，不僅加強結構的整體性，也解決了CS板墻體局部承壓能力較弱的問題。

由于CS板體系承重結構所用的建筑物層數都不太高，可以簡化的按照底部剪力法進行抗震計算。而每一層的CS板墻體，由于墻體砼層較薄，簡化按照墻體的強度分配地震剪力，而不是像剪力墻那樣按照剛度分配地震剪力。這種做法大大簡化了底部剪力法的計算過程，將地震剪力平均分配到每一延米的CS板墻體上，可以快速的估算本層CS板墻的總長度，是否足夠抵抗本層的地震剪力。由于CS板結構體系的墻體變形呈剪切型，對于多層結構來講，可不進行CS板墻的平面內受彎計算。

CS板墻體除了地震水平承載力的驗算，豎向抗壓承載力驗算也是主要內容之一。在一系列理論文獻中，CS板墻的的抗剪和抗壓計算公式很復雜，考慮了兩片砼和之間斜插鋼絲的共同作用，抗剪和抗壓強度都很高。但實際應用中應對強度適當折減，根據已建工程的計算結果，在建筑總層數不超過4層，且所有建筑墻體均為CS板墻時，僅考慮墻體兩側砼自身的強度，已經可以大大滿足結構本身所承受的地震剪力和豎向軸力。雖然CS板墻的抗剪承載力高低主要有斜插絲來決定，但如此高強度的抗剪能力，在多層和低層結構的設計中并未體現出材料本身的優勢。

實際設計中對CS板墻的受壓計算，采用砼規范公式7.3.1。需要注意的是，計算截面最小回轉半徑時，慣性矩I為兩片砼的慣性矩疊加。對于CS板墻的受剪計算，采用砼規范公式7.5.1-2即可。

為了采用PKPM等結構計算軟件來等效計算CS板結構體系的抗震，可將CS板墻兩側砼的總厚度折算成同等抗剪承載力的磚墻進行砌體抗震驗算。以本人設計過的工程為例，考慮CS板墻兩側的30mm砼以及水平鋼絲Φ2.03×50的抗剪貢獻，等效計算出的磚墻厚度為230mm。實際計算中，除了手算的底部剪力法，也可以用230mm厚的磚墻來復核一下我們的墻體抗震計算結果，但有一點需要注意，那就是按砌體結構等效計算時，磚墻的容重也需要進行換算。當我們把有總厚度200mm的CS板墻等效為230mm的磚墻時，磚墻的容重也應該等效計算一下，大概為8kN/m3。

CS板墻比較難以解決的是豎向靜力計算時的平面外抗彎計算。其中最難確定的就是有效高度ho的取值，如果按照全截面取值，由于CS板墻畢竟還是中間夾聚苯的組合墻板，似乎不太合理。按照砼的凈截面取值，沒考慮組合墻板的整體性，也不合理。針對這一方面，還需要進一步的研究和探討。

CS板結構體系中的樓蓋設計和普通樓蓋設計并無區別，只需要將梁板與墻板連接位置按照鉸接考慮即可。

3 結構布置

因為CS板結構體系尚處于研究的初級階段，尚無相關的規范及規程，設計過程中應根據該結構體系的獨有特點，進行相應的合理的結構布置。

首先，CS板結構體系和砌體結構一樣，應避免將樓梯間設置在外墻相鄰的房間。因為這種做法會加大CS板墻的豎向計算高度，對墻體的平面外抗彎極為不利。同樣是因為CS板墻的平面外抗彎剛度問題，建筑房間布置時應盡量避免將大跨度房間布置在靠外墻的位置，避免大跨度樓板對外墻產生較大的彎矩。并同時限制本結構用于較大層高的建筑。

由于采用了底部剪力法對該結構體系進行抗震驗算，樓板的平面內剛度就顯得格外重要，因此在結構布置中，應盡量避免對樓板進行開洞，整層平面的樓板開洞率應控制在較小比例，對客廳上部設共享空間等類似削弱樓板整體剛度的布置應嚴格限制。

4 構造做法

在廠家提供的CS板安裝節點詳圖中，已經有了墻板連接，和門窗洞口四周的各種構造做法。

針對CS板墻體兩側的砼，為保證鋼筋的握裹力和耐久性要求，鋼筋外側的保護層厚度應不小于30mm，內側到聚苯的保護層厚度應不小于15mm，加上鋼筋本身的直徑。CS板墻體外墻一側的砼厚度應不小于55mm，內墻一側的砼厚度應不小于40mm。

由于CS板結構體系更接近于砌體結構，所以該結構的基礎宜采用條形基礎，并在條形基礎頂部甩筋，并與墻體的豎向鋼筋連接。

5 疑難問題

CS板墻是一個受力比較復雜的構件，當用于層數稍高的建筑時，應進行斜拉破壞和水平剪切滑移的驗算，但目前這兩項計算還缺少經驗公式。

針對低層結構，可以粗略的按照砌體結構進行抗震計算。但針對層數稍高的建筑時，由于無法精確的考慮CS板墻的抗彎剛度和抗剪剛度，無法計算出整體結構的層間位移角。同時也沒有計算CS板墻肢穩定性的簡化公式。

6 優缺點

CS板結構體系的最大優點就是采用了中保溫的形式，保證了保溫材料的耐久性。

CS板墻的抗剪和抗壓能力很強，只要保證連接部位的強度，房屋的抗震能力很強，安全度較高。

由于CS板內填充有聚苯，結構自重大大降低，大大降低了結構自重產生的水平地震力。同時，自重的降低也為基礎設計都創造了有利條件。

CS板結構一體化、建筑工業化程度高，對建筑產品的標準化建設指明了一條方向。由于CS板墻的施工不需要模板，可以有效節省工期。

但該結構還有一些缺點，比如圈梁和構造柱位置容易形成冷橋，如果將圈梁和構造柱包在CS板墻內部，又無法很好的將結構連接成整體。

由于缺乏震動臺實驗數據，工程總高度暫時還有所限制，設計過程中都保守的將高度定在4層及4層以下，沒有體現出材料本身抗剪承載力很強的優勢。由于平面外抗彎剛度較弱，對建筑物的功能有較多限制，大跨度樓板和樓板開洞對結構整體性的影響比較明顯。

墻體兩側砼厚度較薄，對砼密實度和澆筑方式提出了較高要求。因為材料本身對工藝要求較高，工程建設的成本尚不及其他傳統結構體系低廉。

總之，作為中保溫節能形勢的杰出代表，CS板結構體系有著廣闊的發展前景，在相關科研機構的進一步實驗數據的支持下，在相關規范和規程制定后，在施工技術進一步提高后，可以在一些特定的低層和多層建筑物中可以取代砌體結構，保護國家土地資源。