现浇钢筋混凝土空腹楼盖在智慧新城中的应用 现浇钢筋混凝土单向板肋梁楼盖设计

　　摘要 佛山智慧新城启动区4区首层应用了空腹楼盖技术，降低了结构高度，减少投资成本，取得了良好的经济效益。 　　 关键词 空心模 肋梁 节约成本 抗裂性能 重荷载
　　 中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
　　 一、工程概况
　　 佛山智慧新城启动区总用地面积约2700亩，其中启动区的建设用地约500亩，工程建筑面积共约100万m²。四区以都市产业型研发中心为主，并设计了集合了餐饮、会议、宴会等能功能于一身的服务中心，为整个启动区提供必要的服务设施。包括高层研发中心6栋，层数16～23层，地下车库一层1.3万m²，标准跨度8.4mX8.4m,由于室外部分有覆土1.0～1.5m厚，同时考虑消防车荷载组合，荷载组合设计值高达60KN/ m²,经比对分析，如按以往普通楼盖设计，达不到节省空间、造价降低，因此采用了现浇混凝土空腹楼盖设计。
　　 四区空腹楼盖范围如图一：
　　
　　
　　 图一
　　 二、空腹楼盖设计及计算分析
　　 本工程地下室层高4.4m，柱网为8.4mX8.4m,楼板厚度为600mm,空腹块厚度为400，上混凝土厚度120mm，下混凝土厚度80mm,主肋截面为540mmx400mm, 边肋截面为250mmx600mm, 次肋截面为160mmx600mm,混凝土材料均为C35，空腹采用了轻质填充材料为内膜箱体，箱体表面处理加强隔离层起保护与防水作用，顶部或底部的表面加强层用以抵御施工时的外力破坏及抗浮荷载。
　　 空腹楼盖截面大样如图二：
　　
　　 图二
　　 （一）板厚的确定
　　 空腹楼盖楼板的板厚即密肋梁高。对于框架梁为明梁空腹楼盖双向板，一般板厚取跨高比约为1/35，对于框架梁为暗宽扁梁的双向板，其板厚一般取与暗框架梁的高度相同，板厚约为1/30。对于预应力BDF空腹楼盖楼板，在框架梁或密肋中施加预应力钢丝，也可以在框架梁和密肋中同时施加预应力钢丝，其楼板的厚度可在非预应力BDF空腹楼盖楼板厚度的基础上再减薄1/10跨高比。
　　 空腹楼盖楼板的厚度与跨度的比值（h/L），应根据边支承板和柱支承板的不同情况、荷载大小确定。
　　 （二）楼板计算
　　 空腹楼盖楼板自重包括密肋梁、密肋上翼缘保护层、BDF箱体构件自重之和。
　　 对空腹楼盖楼板可用结构计算程序把密肋梁作为“工”字形截面交叉梁分析，当每跨密肋梁数较多（≥10根）时也可按截面抗弯刚度等价原则将离散的密肋梁结构连续化，模拟成等厚的板来分析。但当密肋梁上作用有较大集中力时，及分析板对边梁的扭矩作用时宜用交叉梁法计算。
　　 （三）有限元验证分析
　　 本工程空腹楼盖设计采用了有限元软件ABAQUS对模型进行了弹塑性分析，混凝土采用损伤弹塑性实体单元，钢筋采用弹塑性线单元模拟，当单元应力超过材料的屈服应力时其刚度退化，其原来承担的力由周边单元承担。
　　 通过对比ABAQUS弹塑性分析结果和常用计算方法的结果，我们得出如下差异：
　　 直接设计法（即经验系数法）：具体的分配系数见规范，计算方法同普通现浇板，只是分配系数上有些差别，该方法的计算结果偏差较大，可能引起局部特别是柱顶部分了裂缝开展过宽。
　　 等代框架法：现浇混凝土空腹楼板等代框架法计算的原则同普通板，但等代梁的输入方面有所差异，在空腹结构中等代梁是以等厚度、等刚度的原则建模输入的，该方法计算结果与ABAQUS弹塑性分析较为接近，可作为结构形式简单的小面积楼板计算。
　　 一般有限元分析方法：设计软件可以采用PKPM、STRAT软件等现有的结构设计软件等。与结构实际情况相符，与ABAQUS弹塑性分析结果一致性很高，可以设计一般复杂空腹楼板。
　　 三、施工控制
　　 在智慧新城空心楼盖施工过程中，首先铺设底模板，要求底模板平整，以免影响板底观感。根据设计图将楼板密肋的位置在底模上用墨线弹出，然后绑扎板底钢筋，绑扎密肋钢筋，摆放垫块，安置填充箱体前，应将底模清扫干净。放置垫块，以保证板底厚度。为避免在浇筑混凝土时，内膜箱体受到浮力和振岛作用，内膜会上移，需要采取抗浮措施，否则会严重影响楼板的施工质量。绑扎面筋及支座附加筋，做好隐蔽工程检查，内膜箱体位置偏差不得大于5mm。
　　 内膜箱体损坏，出现破环及时更换，在内膜箱体安装和混凝土浇筑前，严禁将施工机具等直接放置在内膜箱体上。由于空心楼板的密肋宽度及面层均较小，混凝土骨料最大粒径以16mm适宜。混凝土的浇筑采用泵一次浇筑成型。
　　 由于内膜箱体的位置对于保证工程质量非常重要，混凝土空心楼盖施工时对钢筋、内膜和预埋设施位置要求更高。内模的位置准确和整体顺直对于满足设计条件非常重要。过大偏差将导致板顶厚度、板底厚度不能满足设计要求，板的承载力受到影响。
　　 四、总结
　　 以智慧新城现浇钢筋混凝土空心楼板的设计为例，与普通有梁楼板相比有如下特点，结构刚度和抗震性能大大提高；楼层净空减省了500mm,含钢量节省了35%，混凝土节省了12%，管线布设方便，直径20mm的管线可在密肋梁内自由穿插、布置方便；楼板的空心率高，大幅度减轻了楼板那的结构自重；隔热性能好、隔音效果提高；楼板上楼层各处均可承受隔墙，可以任意间分区。
　　 通过本工程空腹楼盖的应用，总结出以下优点：
　　 1、适用范围广
　　 现浇空心楼盖体系适用于各种跨度和各种荷载的建筑，特别适用于大跨度和大荷载、大空间的多层和高层建筑，如商业楼、办公楼、图书馆、展览馆、教学楼、车站、多层停车场等大中型公共建筑，也适用于宾馆、娱乐设施、大开间住宅等民用建筑，更适合用于多层和单层工业厂房、仓库、车库等。
　　 2、节省材料
　　 与一般楼体比较，钢筋砼造价降低5%，模板损耗减低5%，节省竖向水、电、电梯、空调、内墙外装饰费用10%—15%。
　　 3、空间灵活间隔
　　 楼面平板有利于房间灵活隔断，适用于大开间布置，如使用大开间住宅时，只用固定卫生间和厨房，分户墙、其他房间由住户自行设计布置。
　　 4、节省装修费用
　　 由于楼板下无梁、无柱帽、房间无需吊顶，节省吊顶装饰和吊顶更新费用。
　　 5、使用功能优良
　　 与一般的平板、无梁板相比，无柱帽，实现真正的平板，无凸出部位。空心楼板的刚度大，变形小，抗震性能好。
　　 6、综合造价低
　　 本项技术的土建工程费用与一般的钢筋砼结构基本持平与一般的平板结构体系、实心无梁板相比，降低的费用。
　　 7、提高净空高度
　　 每层减少梁高0.5米左右，提高了净空高度，有利于水平管线，空调的安装。
　　 8、施工经济方便
　　 与普通梁板结构相比，减少了模板的损耗，减少了支、拆模板的人工费，施工简便，可节省工期1/3，降低施工成本。与无粘结预应力梁楼盖相比，不需张拉，一次成形，施工快捷方便。
　　 同需要改进几点设计要点：
　　 1、柱截面尺寸不宜太小，应满足冲切要求，且板厚不宜小于跨度的1/25。
　　 2、节点区梁布置方式，多梁优于单梁布置，主次梁布置能共同工作，大大减小节点裂缝开展，节点区应采用弹塑性或者弹性单元计算，不应采用刚性假定，避免节点区刚度失真。
　　 3、节点区钢筋面筋宜大于直径14，底筋大于直径12，间距不大于100mm。
　　 4、节点区的框架梁应全节点设置加密箍筋，箍筋肢距不大于200mm。
　　 5、空腹楼板配筋率需满足最小配筋率，肋梁部分纵筋可参与受力，空腹楼板上下板厚不宜小于60mm。
　　 6、空腹楼板混凝土标号不宜小于C30，提高混凝土标号对减少节点损伤防止裂缝开展起重要作用。
　　
　　 参考文献：
　　 [1]《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECS175：2004）
　　 [2]《混凝土结构设计规范》 （GB 50010）
　　 [3]《新型空腹楼板有限元分析报告》 广东省建筑设计研究院计算中心
　　 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。