现浇空心楼盖结构设计与应用浅析

2016-03-03张宏喜银川长城建筑设计有限公司

大陆桥视野 2016年24期

关键词：内模楼盖实心

张宏喜/银川长城建筑设计有限公司

现浇空心楼盖结构设计与应用浅析

张宏喜/银川长城建筑设计有限公司

现浇空心板是近年来流行的一种新型楼板结构形式，常用于对层高（或梁高）有限制的、大空间适用功能的工程。楼盖分析简单，承载力大，楼板折算后实际厚度小，减少自重，增加楼层有效高度，隔音、隔热、保温效果优良。

现浇空心楼盖；设计；施工；注意事项

现代住宅和公共建筑发展的多样性要求传统的结构形式和施工作业方法不断改进以适应时代的发展。现浇空心楼盖在近些年来的不同结构形式的工程中得到了广泛的应用，收到了良好的社会效益。它能很好地满足大空间、大跨度柱网的住宅和公共建筑的要求。空心楼盖是基于实心楼盖的基础上，在楼板内部按照一定的规则放置高强、轻质内模，用以取代部分混凝土，从而减少了混凝土用量，减轻结构自重；降低了墙、柱等的地震作用和基础的荷载，节省造价；同时也增加了楼层刚度（空心板厚度比实心板大）,有效防止楼板裂缝的出现；由于其实现了大跨度楼盖，故而减少了次梁的设置，满足层高的要求，使有效空间充分利用，从而在室内感觉平整舒适、美观；另外这种楼盖的隔音、隔热、保温性能均优于实心板；由于楼盖自重降低，使地震力减小，这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震更为有利。

由于现浇混凝土空心板在不增加混凝土用量的前提下大幅增加楼板的厚度，充分发挥板中混凝土和钢筋的使用效率，因此现浇混凝土空心楼盖在大跨度及地下车库的使用中具有巨大的技术优势。

1.空心楼盖诞生的力学原理

工程结构中作为受弯构件的楼板，由受拉区和受压区构成，拉力和压力集中在截面的上下两侧构成力矩，而截面中部对抗力的影响很小。因此，在受压区配置混凝土，在受拉区配置钢筋并包裹足以锚固和协调受力的混凝土层，而将中部的混凝土挖去，由此形成空心，形成“工”字形截面构件，其抗弯承载力基本未受到影响。在一般情况下可以节省混凝土量30％～50％。

基于这一原理，通过优化受力体的截面形式，在现浇钢筋混凝土实心板中埋置永久式内模，待混凝土浇筑后形成空腔，是为空心楼盖(图1)。

图1

现浇混凝土空心楼盖类似于密肋楼盖。两者均能有效减轻楼盖的自重，但前者为形成了带上、下翼缘的“工”字型交叉梁系楼盖，而后者则是仅为上翼缘的 “T”字型交叉梁系楼盖。空心楼盖带有下翼缘，且板中暗肋间距较密肋楼盖的肋间距小，因而其受力更加均匀，刚度更大，整体性更好。

2.空心楼盖体系（内模）的形式

2.1 薄壁方箱体

在现浇混凝土楼盖中有规则埋入内置薄壁方箱模（带加强层与漏浆孔的发泡材料填充箱），使钢筋混凝土楼盖内部形成一定间隔双向网格现浇肋的钢筋混凝土空心楼盖，薄壁方箱是一种全内置芯模，能有效约束现浇混凝土的变形和挠度，具有重量轻、强度高的优点。薄壁方箱主要为正方形或长方形薄壁空心小尺寸全封闭无通孔箱体，一般多采用边长尺寸为500mm×500mm、600mm×600mm、700mm×700mm、800mm×800mm、900mm×900mm等。

2.2 筒芯体

在现浇混凝土楼盖中沿某一方向放置高强、轻质管体（管两端事先封闭）即顺管方向，或者顺管方向和横管方向按照一定规律组合的顺序放置，形成空心楼板的内模。以上为现行空心楼盖内模的两种常用形式，此种形式方便现浇混凝土均匀流入、密实填充包裹内模，从而形成空心楼盖。另外，其他形式的内模（实心筒体、块体）原理同上，在此不再赘述。

3.楼盖设计注意事项

3.1 板厚

《现浇混凝土空心楼盖结构规程》中规定：现浇混凝土空心楼板截面的尺寸应根据计算确定，并应符合下列规定：筒芯内模楼板的厚度不宜小于180mm。箱体内模楼板的厚度不宜小于250mm；边支承空心楼板的跨高比对单向板不大于30，对双向板跨度按短边计不大于40；钢筋混凝土无梁的柱支承楼板跨度按长边计，有柱帽时不大于35，无柱帽时不大于30。框架、框剪、框筒、剪力墙、砖混结构体系中楼（层）盖板厚度取值见表1。

表1 楼（层）盖板厚度取值

通常实际设计楼盖时，多不采用上述之上限，原因是楼板挠度难以满足要求和裂缝的考虑，当楼板面荷载为2.0～4.0kN/m2时或有轻质隔断等情况时，对单向板跨高比取25～28，双向板跨度按短边计取26～30；当荷载小于等于2.0kN/m2时，跨高比取30。

3.2 楼板折算自重

现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25％，也不宜大于50％。楼板自重折算，应慎重；不能简单地按照截面孔隙率计算，要根据实际内模布置情况，考虑实心板带、暗梁的重量以及不同材料的容重，综合材料的技术参数和其提供的折算率计算，避免应楼板的自重考虑不足，造成结构计算的失真和安全缺陷。

另，根据文献[1]刚度等效原理，采用公式（1）计算楼板折算厚度或文献[2]中的计算方法确定。公式（1）：

3.3 肋宽，楼板上、下翼缘厚度

(1)筒芯内模：规程规定，顺筒肋宽与筒芯外径的比值不宜小于0.2，顺筒肋宽尺寸对非预应力钢筋砼楼板不应小于50mm［3］，对预应力混凝土楼板不应小于60mm。当筒芯沿顺筒方向间断布置时，横筒肋宽不应小于50mm。楼板上、下翼缘厚度（即板顶厚度和板底厚度）取0.1～0.2h（h为板厚），宜相等且不应小于40 mm。

(2)箱体内模：箱体间肋宽与箱体高度的比值不宜小于0.25，肋宽尺寸，对钢筋混凝土楼板不应小于60mm，对预应力混凝土楼板不应小于80mm。板顶厚度、板底厚度不应小于50mm，且板顶厚度不应小于箱体底面边长的1/15。

根据不同板跨及楼面荷载的不同，在实际工程的设计经验应用中，一般非预应力双向板采用的板肋宽度、翼缘厚度见表2[4]。

表2 板肋宽度、翼缘厚度

3.4 楼板内暗梁

混凝土空心楼板上不宜设置隔墙，如必需设置隔墙时应在该部位墙下设置通长的暗梁（该区域改用实心板），暗梁宽度可取300～600mm（或当有框架柱时同框架柱截面宽），暗梁高度同空心楼板厚。砼空心楼板周边与梁、柱、墙的连接处，应设置80mm～板厚宽度的实心板，以提高局部的受剪承载力。另外，当空心楼盖跨越框架梁时（此处已不允许布置普通框架梁），宜设置同上暗梁,暗梁配筋锚入框架柱内。

3.5 钢筋布置

大量的实验研究证明，现浇空心楼盖的实际受力状况更接近普通板的形式，可按不考虑空腔影响的弹性板进行内力分析[5]，鉴于此，板的受力分析及钢配筋形式可按与普通板同样的方法考虑即可；楼板配筋宜采用分离式配筋，跨中的板底钢筋应全部伸入支座，支座板面钢筋向跨内延伸的长度应覆盖负弯矩图并满足钢筋锚固的要求，这样可以通过调整钢筋间距来配置适量的钢筋，避免浪费。但由于空心板一般比较厚且其现浇混凝土层较薄，为预防混凝土的收缩和温度应力形成的裂缝，宜在区格板面无负筋区域内设置通长的双向构造钢筋（图2）。空心楼板的纵向受力钢筋最小配筋率构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）的有关规定。

图2

4.施工注意事项

4.1 内模进场及施工保护

内模质量应严格把关，确保符合设计及相关技术要求，其尺寸偏差、容重、抗压荷载等性能应满足规范要求；现场施工应保证其上层、底层及肋梁混凝土尺寸准确，在铺设定位楼板底筋、肋梁钢筋后设置充足的马登筋，严禁施工人员为踩踏内模及楼板钢筋。

4.2 内模抗浮

空心楼盖内模的定位和抗浮固定是关系楼盖施工质量的关键。首先根据计算浮力来确定抗浮点位数量及抗浮筋的大小；其次要合理布置抗浮控制点。控制点设在肋梁处，通常为梅花型布置或按成肋交错位置设置，每肋都设或者隔一个肋交错布置，相邻抗浮控制点间距为500～800mm。在抗浮点预先放置限位垫条，以确保内模与混凝土板的上下距离符合设计要求的尺寸，然后布置内模，并对其进行绑扎固定，并设置抗浮筋，抗浮筋沿一定间距穿透模板拉结于支模架上。如上图示：

对于混凝土空心楼盖的模板应按普通楼板设计要求起拱；当设计无具体要求时，起拱的高度宜为跨度的2％～3％。

4.3 水、电、暖管线的布置

空心楼板内强、弱电线路管线布置应沿水平布置，从空心楼板的实心板带和肋梁中通过；水、暖和消防等应垂直布置，如无法避免通过内模布置处，则该部可局部采用实心板，让管线通过，竖向穿板管应预埋套管。严禁后凿后埋。

4.4 混凝土的浇筑

空心楼板中，由于内模之间肋宽和楼盖上下层混凝土厚度相对较小，为保证混凝土振捣密实，混凝土中粗骨料的粒径不宜过大不宜大于空心楼板肋宽的1/2和板底厚度的1/2，且不得大于31.0mm。混凝土浇筑宜采用泵送砼，坍落度控制在160mm～180mm，且布料与振捣应同步进行，以保证内模底部混凝土的密实，采用φ30振捣棒与平板振捣器结合振捣，严禁振动器直接振捣内模，以免破坏内模和发生移位。浇筑混凝土时宜先梁后板，并沿同方向依次推进，在砼强度达到100％后，方能拆除底模。