温州国际会展中心展厅大跨空心楼盖设计与施工

周建荣，张俊杰，叶芳，周增柱

（温州设计集团有限公司，浙江温州325000）

温州国际会展中心展厅大跨空心楼盖设计与施工

周建荣，张俊杰，叶芳，周增柱

（温州设计集团有限公司，浙江温州325000）

近年来空心楼盖体系得到了越来越多的应用，而平时我们接触更多的是单管空心楼盖，对叠合空心管楼盖的研究较少。叠合空心管楼盖是无梁现浇空心楼盖结构体系的一种，该文以温州国际会展中心展厅为例介绍了叠合薄壁空心管现浇混凝土空心楼盖的特性、技术原理和具体施工方法和流程以及其中需要注意的问题。

叠合空心管；GBF；空心板；折算刚度；板柱结构

0 前言

随着建筑技术的不断发展和使用功能要求的提高，无梁楼盖结构体系得到了越来越多的应用。而现浇空心楼板是在现浇无梁楼盖的基础上，为了减轻结构自重在楼板内按照一定规则预埋轻质空心内模并浇筑混凝土而形成的一种无梁楼盖体系。空心楼盖结构体系使得混凝土结构采用大跨度的同时满足承载力、挠度、裂缝等设计要求变为了可能。近些年来由于建筑体型多样化、人们对空间要求的提高以及工期和施工等其它因素的影响，现浇空心楼盖结构体系得到了较快的发展。

现浇空心楼盖体系能较好地满足建筑功能、美观、隔音、隔热和施工方便快速等要求，在跨度较大的工业民用建筑中越来越受到关注。该文结合工程实例对叠合现浇空心楼板的原理、设计和施工等方面进行论述介绍。

1 工程概况

温州国际会展中心展厅位于温州鹿城区瓯江路，建筑面积4.47万m2，其中地上展厅部位3.2万m2，地下一层，地上三层，局部设置夹层。上部结构展厅部位典型柱距20 m×20m，采用无梁空心楼盖结构体系。展厅南北方向各有一跨为梁板结构体系，柱距10 m×10m。三层楼面以下墙柱混凝土强度等级采用C45，三层以上为C40；三层楼面以下梁板及空心板混凝土强度等级采用C35，三层以上为C30。

以二层为例（如图1），二层展厅活载15kN/㎡，空心板厚为1000mm，暗梁尺寸取为2000×1000mm。由于二层跨度大、活载重，因此空心板的厚度保守的取为1m。三层活载6kN/m2，空心板板厚取为800mm，暗梁尺寸为1600×800mm。

图1 温州会展中心三期展厅二层平面图

2 空心楼盖受力特性分析及设计构造

2.1 空心楼盖内膜的选择及构造

为降低自重和提高空心率，初步选择箱体空心内膜。但是二层展厅跨度大、荷载重，采用箱体空心内膜自重较大，而且工人搬运内膜很不方便，也较易损坏，施工存在困难，而且该项目工期较紧张。因此经对施工技艺及工期、施工质量等因素的综合考虑后，最终选择采用GBF薄壁圆形空心管叠合的方式。

二层空心楼盖最后采用管径400mm、管长1000mm的薄壁空心管上下叠合而成。由于二层活载大，且有可能承受动荷载及冲击荷载，因此空心板厚上下层取为100mm，顺管向肋宽为160mm，横管向肋宽200mm（详见图2）；三层亦采用管径300mm、管长1000mm的空心管叠合而成，顺管向肋宽120mm，横管向肋宽160mm。

图2 二层空心楼盖剖面示意

2.2 空心楼盖分析设计

空心楼盖同常规实心楼盖存在较大不同，无法直接建模形成，其各种参数需要经过重新计算，按照图集《现浇混凝土空心楼盖》05SD343附录A中所示公式计算相关参数，如下所示：

hs-空心楼板厚度；

D-筒芯直径；

bw-顺筒肋宽；

he,A-与空心楼板顺筒方向单位宽度（1m）截面面积相等的单位宽度（1m）实心楼板的厚度；

Amet-顺筒方向楼板单位宽度（1m）截面面积；

Icel-顺筒方向楼板单位截面惯性矩；

Imet-顺筒方向楼板单位宽度（1m）惯性矩；

he,I-与空心楼板顺筒向单位宽度（1m）截面抗弯刚度相等的单位宽度（1m）实心楼板的厚度，即拟梁法计算时单位宽度（1m）的拟梁宽度；

be,I-楼板厚度不变，与空心楼板顺筒向单位宽度（1m）截面抗弯刚度相等实心楼板的宽度；

ω-楼板顺筒向断面面积空心率；

Nu-单位面积（1㎡）楼板筒芯用量；

对空心楼盖顺管向和横管向各参数分别计算，得到二层空心楼板的各参数如表1所示。

表1 二层空心楼板各参数

对于筒形内膜现浇空心楼盖，程文瀼[1]、谭磊[2]、杨晓华[3]等进行了静力和动力缩尺模型实验研究，杨建军[4]等进行了竖向均布荷载作用下的足尺实验，张洪学[5]、顾冲[6]等进行了理论分析和有限元计算。他们的相关实验和有限元分析结果表明：竖向均布荷载作用下，筒形内膜的单向性并没有改变楼板双向受弯的性能，楼板的双向抗弯刚度相近。

重庆大学全学友教授进行了现浇混凝土筒芯空心楼盖单向板受力性能试验[7]，结果表明：当空心率小于35%时，顺孔向板和横孔向板的受力性能几乎完全一致；当空心率在35%～50%时，横孔板的挠度略大于顺孔板，横孔板的刚度有轻微减少；横孔方向，孔肋容易产生剪切破坏，是抗剪薄弱部位。重庆大学陈习[8]的研究分析也表明空心楼盖两向抗弯刚度与楼盖空心率有关，空心率很低时，两者相差很小，随着空心率的增加，横筒方向刚度与顺筒向相比有所减少，但是减少幅度不大。空心楼板为双向受力，不能简化为按照顺筒方向单向受力处理。同时横筒向刚度不能简化成最薄弱部位的“二”字型截面计算，可按照顺筒向刚度计算。该文内部的布置使得空心板两个方向刚度接近，因此采用顺筒向的等效刚度计算是合适的。

考虑到二层跨度大、荷载重，因此亦采用ANSYS进行了空心楼板的有限元受力分析进行校核。弹性模量取E=3×1010N/㎡，泊松比为0.2，采用单跨1/4模型，采用solid45单元。为方便计算避免奇异，对叠合空心楼盖截面进行简化处理，不考虑图3中斜线阴影部位的混凝土而将其等效成荷载输入，模型如图3所示。

图3 空心楼盖剖面图及有限元模型

经过分析，弹性计算时跨中挠度最大，达到12.254mm。而且从图4、图5中我们可以看出二层空心楼板受力特点和典型的柱支撑无梁实心楼板是一致的，呈现双向受力特性，而且顺管向和横管向的刚度几乎是一样的，因此采用等效实心板进行计算是可行的。

图4 空心楼盖变形图和第一主应力

图5 空心楼盖第二主应力和第三主应力

表1中已经计算得到同空心楼板等效刚度的混凝土实心板厚为900mm，因此在整体计算时可以将空心楼盖等效成同刚度的无梁实心楼板进行有限元计算分析，并通过荷载将多余自重抵消。此处刚度采用的是顺管向的横截面刚度进行等刚度计算。计算完毕后再根据有限元楼板计算结果进行配筋。需要注意的是，在整体计算过程楼板的荷载应该进行有限元导荷载，而非传统梁板式结构的导荷方式。楼板应该选择弹性板6的方式进行计算，充分考虑楼板的面内面外刚度。特别强调的是弹性板6计算的楼板配筋是采用900厚的板计算而得，同实际情况是有差别的，需要我们根据有限元内力计算结果手算得出楼板配筋。如果对计算结果存有疑义，我们亦可采用经验系数法进行手算，将手算结果和有限元分析结果进行对比校核。手算方式可按照李国胜老师《多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造》书中所写的进行计算。

2.3 空心楼盖配筋构造

根据楼板有限元计算结果我们可进行下一步的楼板配筋。由于二层楼板厚、荷载重，传统肋部简单设置拉筋的方式不是十分合适，因此保守地对板肋进行了加强，采用了套箍配筋的方式。其配筋方式详见图6。由于是空心管叠合的方式，导致肋部较高，因此采用了两道拉筋拉结。

图6 二层空心楼盖剖面示意

项目中柱顶设置了柱帽，由于柱帽部位刚度集中造成力也集中，往往柱帽部位的内力计算结果也会很大。此时柱帽区配筋也会较大，有时候配筋太大，难以施工，我们可对柱上板带柱帽区进行调幅，但调幅程度不宜太大（控制0.9以内）。调幅后柱上板带板底配筋会相应增大。柱帽配筋方式可参照图7所示。

图7 二层空心楼盖柱帽配筋示意

对于叠合空心楼盖的其他构造措施同单管空心楼盖是一样的，可按照《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》中规定的采用。工程空心楼盖的现场施工详见图8所示。

图8 二层空心楼盖现场施工图

3 空心楼盖施工及其要点

3.1 施工流程

混凝土现浇空心楼盖结构的施工与普通混凝土楼盖相比并不复杂，由于项目采用叠合空心管的方式，因此施工时需要特别注意空心管的安装及相应的抗浮措施。其相应的工艺流程如图9。

图9 空心楼盖施工流程图

3.2 施工要点

在施工中解决好空心管的定位和抗浮问题是施工中需要特别注意的，因此在安装空心管时应做到符合如下要求。

（1）空心管在安放及预埋施工过程中，应采取可靠的措施保证其位置准确。

（2）空心管管底距模板的位置应按照设计图纸确定，其底部可以采用混凝土垫块或者其他垫块来保证其距离。

（3）在混凝土浇捣过程中，混凝土会对空心管产生浮力，需要采取抗浮措施。特别是工程中采取叠合的方式，浮力更大。采取每根空心管上扎两根14压筋，并在每管顶设置1根30× 5扁铁，同时采用高强铁丝穿过模板与抗浮支架连接牢固，防止空心管上浮（见图10）。施工中应注意防止直接踩踏空心管。

图10 空心楼盖抗浮措施

（4）混凝土宜掺入适量减水剂，减少用水量，降低水灰比，以增大混凝土塌落度。

（5）由于本楼盖为大体量混凝土工程，在施工过程中应采取有效措施防止水化热的蓄积并做好养护工作。

4 结语

该文介绍了空心楼盖结构的优势，并结合工程实例对叠合空心楼盖的设计方法进行了说明。早先的研究也表明筒芯内膜空心楼盖具有双向受力的特点，可按照等效成实心楼盖进行整体计算分析。文中也通过对二层叠合空心楼盖的有限元分析验证了叠合空心楼盖同单筒芯内膜空心楼盖一样，呈现双向受力特点，而且顺筒向和横筒向截面的抗弯刚度相差不大，而且按照顺筒向横截面刚度等效成实心楼板计算也是偏于安全的。

计算后即可根据楼板计算结果进行配筋，文中也给出了叠合空心楼盖的配筋方式供参考，详见图6所示。采用叠合空心楼盖时，由于肋部高度加大，相较于普通单孔空心楼盖，肋部稳定性要差，对于荷载较大的情况下要特别注意肋部的加强。由于荷载较重，且可能承受冲击荷载和动荷载，因此该项目中筒肋采用了封闭箍筋的方式。

同时文中对叠合空心楼盖的施工提出了需要注意的要点。由于叠合空心楼盖浮力更大，故文中最后给出叠合空心管抗浮的措施供参考（图10）。该工程于2012年底主体完工，并获得中国建设工程鲁班奖。

[1]成文瀼，江韩，高仲学，等.圆管式无柱帽空心无梁楼盖的试验研究[J].建筑结构学报，2004，25（5）：78-84.

[2]谭磊，刘锡军，丁时宝.水平荷载作用下空心板柱结构等代梁计算宽度[J].建筑结构，2010，40（7）：81-83.

[3]杨晓华，周朝阳，何任远.混凝土空心板柱结构动力特性计算方法[J].建筑结构，2010，40（7）：78-80.

[4]杨建军，王金，王茂，等.现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖在不同荷载工况下受力性能试验研究[J].铁道科学与工程学报，2004，1（2）：88-91.

[5]张洪学，张云龙，白成祥.边支撑现浇空心板设计计算与软件实现[J].建筑结构，2006，36（3）：91-93.

[6]顾冲，傅晋申.现浇空心楼板横筒方向等效厚度简化数值计算方法[J].建筑结构，2009，39（S2）：150-152.

[7]全学友，孙会郎，王巍.现浇圆形管空心楼盖中单向模型板受力性能的试验研究[A].上海：全国现浇混凝土空心楼盖结构技术交流会论文集[C]，2005.

[8]陈习.现浇混凝土空心楼盖内力分析与设计研究[D].重庆：重庆大学，2012.

责任编辑：孙苏,李红

新技术新材料

神奇的挖掘机钢板“手套”

土方开挖作业时，挖掘机可以说是“利器”，但在基槽清理时，就有些“力不从心”了。其实，只须给挖掘机铲戴一个“手套”，就能让挖掘机再度变得游刃有余起来。在挖掘机的铲端部位焊接一块宽l0cm的光滑钢板，长度同挖掘机铲长，挖掘机倒退清十，施工人员及时抄平。

挖掘机清理后，工人跟着清理浮土、覆盖塑料薄膜等后续工作。

1．适用范围

（1）地基持力层为粘土层且含有砂浆，比较坚硬，人工清理费时费力，此方法可有效解决上述问题。

（2）面积较大的基础，如筏形基础。

（3）如果为砂土层，清理效果也较为理想。

2．注意事项

（1）第一次挖土时要注意预留不小于20cm厚的土层，防止挖掘机碾压扰动基础土层。

（2）土壤的含水率大小、土壤类别会影响清理后的效果。

3．经济、社会效益

以教学楼(4000m)为例：人工清土费用：20人×7d× 120元／d=16800元。使用挖掘机配合清土费用：120元／h× l0hx3d+5人×3d×120元=5400元。采用本方法可节约工期4d，节约资金11400元。

（摘自：《新建材》）

Design and Construction of Hollow Large-span Floor of Exhibition Rooms of Wenzhou International Convention&Exhibition Center

The hollow floor structure has been growingly applied in recent years,mostly single pipe ones,and the superposed hollow ones are rarely studied.The superposed hollow floor is one type of beamless cast-in-situ hollow floor systems.This paper takes the exhibition rooms of Wenzhou International Convention&Exhibition Center as an example to introduce the features,technical principles,specific construction methods,flows as well as noteworthy issues of the superposed thin-walled hollow cast-in-situ concrete floor structure.

superposed hollow tube;GBF;hollow slab;converted stiffness;slab-column structure

TU318

A

1671-9107（2017）03-0042-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.042

2017-02-09

周建荣（1985-），男，浙江乐清人，研究生，工程师，主要从事大跨无梁楼盖体系、超高层结构分析设计以及大跨钢结构方面的设计及研究工作。

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.047