装配箱混凝土空心楼盖的技术和经济性分析

张俊腾 杨祁 袁亚芳 尤文贵

(福建农业职业技术学院 福建福州 350119)

0 引言

图1 装配箱混凝土空心楼盖结构断面

目前应用最多的楼盖形式主要有：复梁楼盖、井字梁楼盖、密肋楼盖[1]、板式无梁楼盖和混凝土空心无梁楼盖[2]。其中，复梁楼盖、井字梁楼盖和密肋楼盖为有梁楼盖，而后两者为无梁楼盖。传统无梁楼盖的应用可以追溯到1906年的美国，并于世界第二次战争后得到推广。因其具有整体性好、楼层净空高、施工支模简单和便于管线布置以及设备安装等诸多优点，被广泛用于当时的高层公寓建筑、大跨度空间和大荷载建筑。但是，归根结底它还是一种板柱结构，因此抗震性能不理想，也不能充分发挥钢筋的抗拉强度。于是，工程师们通过不断改进楼盖的形式来满足微利时代开发商对结构安全性能和造价成本的要求。本文介绍一种新型的无梁楼盖：装配箱混凝土空心楼盖[3]，它是在现浇混凝土空心楼盖的基础上进行改进，即把侧壁由原来的混凝土材料替换成玻镁防火板。与空腹夹层楼盖[4]和蜂窝式空心双向板楼盖[5]相比，它的内模板支护简单、施工方便。从外观上看，它又是在密肋楼盖的基础上增加了楼盖的底板，从结构受力上看，它将大大提高楼盖的抗扭能力和整体性。装配箱混凝土空心楼盖，是由预制箱体(叠合箱)与现浇混凝土肋梁组成的一种梁板式结构。如图1所示，预制箱体由3部分组成：顶板、底板和侧壁。其中顶板和底板均为混凝土材料，侧壁为玻镁防火板材料。预制箱体参与结构整体受力，同时又作为现浇肋梁的模板。根据顶板上是否有现浇混凝土层分为明箱和暗箱。为了提高整体性，顶板和底板预留外伸一段钢筋与现浇肋梁进行锚固。设计师在受力计算[6]时，一般认为顶板四边简支在肋梁上，肋梁则按照密肋楼盖体系，属于比较保守的计算。为进一步研究装配箱的受力性能，赵考重[7]等对3个明箱的混凝土装配箱构件进行了受力试验。试验结果表明，预制箱体能够与现浇箱体共同工作，在受弯计算时可将现浇肋梁简化为一个T型截面单元，预制装配箱的顶板和底板可作为现浇肋梁的受压翼缘，翼缘的有效宽度可取肋梁截面宽度与肋梁净距和 12 倍箱体顶板厚度两者中较小值之和。吴方伯[8]等对9m×9m足尺模型进行静水加载试验，并通过有限元软件分析了预制箱体刚度对扰度计算的影响。试验结果表明，预制箱体的刚度对楼盖的刚度具有一定的贡献。从以上的分析结果可以看出，装配箱混凝土空心楼盖能够降低造价，是一种比较经济实用的楼盖形式。程浩[9]以单层车库的楼板分别采用了井字梁楼盖、板式无梁楼盖和现浇混凝土空心楼盖3种方案进行混凝土用量和钢筋用量比较。计算结果表明，现浇混凝土空心楼盖造价最低。吴建明[10]以闽侯天泽·奥特莱斯城市广场的地下车库楼板为例，比较了复梁式楼盖、板式无梁楼盖和井字梁楼盖3种方案的造价成本。计算结果表明，采用单向板式的复梁式楼盖造价成本最低。遗憾的是，对于装配箱混凝土空心楼盖是否能大幅度的降低造价成本的文献却很少。本文拟以长乐万星电影广场为例，详细介绍装配箱空心楼盖的设计要点，并与其他形式的楼盖进行造价成本比较。

1 工程概况和设计要点

长乐万星电影广场位于长乐市(图2)，由2栋20层的主楼和一栋6层的裙房组成，总建筑面积13.4629万m2，建筑总高度99.90m，包含2层地下室。其中，地下二层为停车场，地下一层为停车场及卖场，1～6层为商铺及电影院，其余主楼部分为文化用房和商务办公。裙房部分采用框架结构，主楼采用框筒结构体系。由于主楼每层层高较高，且总高度99.90m为高层建筑，为了保证楼盖的整体性和侧向刚度，主楼部分的楼盖采用普通的复梁式楼盖。由于地下室顶板覆土较厚且活荷载较大，也采用普通的复梁式楼盖和板式楼盖。五层和六层局部为电影放映厅，为跃层结构且大部分为屋面板，因此五层屋面板和六层屋面板也采用普通的复梁式楼盖。其中，2～4层为大型商场，楼盖采用装配箱混凝土空心楼盖。

图2 长乐万星电影广场鸟瞰图

图3 二层局部楼盖结构平面图

2 方案比较

在福建省，装配箱空心楼盖的应用起步较晚，对于商场常用的楼盖形式为：大板式无梁楼盖、单向板复梁式楼盖、井字梁楼盖，如图4～图6所示。本文列举二层局部8.4m×8.4m柱距有代表性的局部装配箱楼盖造价计算过程。由于4种方案对柱的配筋影响不大，因此仅计算楼盖的造价。考虑到不同方案的楼盖不仅会影响楼盖的混凝土和钢筋用量，而且还会影响抹灰和模板工程量，本文造价计算还考虑了抹灰和模板的工程量。

图4 大板式无梁楼盖方案

图5 单向板楼盖方案

图6 井字梁楼盖方案

图7 装配箱空心楼盖方案

主肋梁纵筋m=3.85{4×2×(7800÷3+400)+2×8400+4×(7800+2×40×25)}+0.888×2÷7800×3=312 617g=312.617kg，小计312.617×2=625.235kg。

主肋梁箍筋m=m1+m2,m1=0.395×(760×2+360×2+2×12.9×8)=966g=0.966kg，m2=0.395×(253×2+360×2+2×12.9×8)=566g=0.566kg，根数n=2×600÷100+(7800-1200)÷200=45,小计45×2×(0.966+0.566)=137.88kg。

次肋梁纵筋m=1.58{2×2×(7800÷3+400)+2×(7800+2×12×16)}+0.888×2×7800÷3=4943.9g=49.439kg。

次肋梁箍筋m=0.222×(110×2+360×2+2×12.9×6)=243g=0.243kg，根数n=7800×200=39，小计12×39×0.243=113.724kg。

现浇板筋m=0.222×42×8400×2=156.648kg。

用钢量625.235+137.88+49.439+113.724+156.648=1082.87kg,单位面积用钢量1082.87÷8.4÷8.4=15.35kg/m2。

现浇混凝土用量m=7800×800×290×2+7800×150×290×12-150×150×290×36+8400×8400×60-800×800×60×4=11.535m3。

装配箱材料s=7.8×7.8=60.84m2。

天棚抹灰面积s=8.4×8.4-0.8×0.8=69.92m2。

模板面积s=8.4×8.4-0.8×0.8=69.92m2。

按照2013年长乐定额单价大概取值：装配箱120元/m2，钢筋5元/kg,混凝土400元/m2,模板50元/m2，抹灰20元/m2。根据以上方法，分别对其他3种楼盖工程量及造价计算汇总，如表1所示。

表1 各楼盖方案造价对比

3 结语

综上，大板方案经济性最差，其次是井字梁楼盖。单向板式复梁楼盖经济性比前面两者要好，但是不如装配箱空心楼盖。

从以上4种楼盖的特点来看，对于柱距8.4m×8.4m楼盖而且对楼层净高要求比较严格的情况下，选择装配箱空心方案不但能够最大限度地满足建筑功能要求，而且还是一种最为经济的楼盖方案。由于单向板复梁式楼盖具有造价较低，结构合理和施工简单，对于一般的工程项目，单向板复梁式楼盖仍然是首选的楼盖方案。对于地下室顶板等承受较大荷载的楼盖，大板方案是首选方案。对于较大跨度的楼盖，井字梁方案是一个不错的思路，但是在大多数场合仍然可以被装配箱替代。对于通透条件要求较高的场所，比如商场、教室、报告厅和小型会堂等局部空旷规整、但荷载又不是很大的建筑，设计人员应该根据实际的工程项目综合结构安全性和经济性比选楼盖方案。