教学楼楼盖的设计研究

胡永咏

一、工程概况

恩施市职业技术学院考场楼建筑面积约1.5万平方米，建筑高度23.7m，地上6层，层高3.9m，主要建筑功能为教室。教室所在柱网的跨度90%为9m×8.4m，柱尺寸为500×600，楼面恒载标准值1.5kN/m²(不含楼板自重)，活载标准值2.5kN/m²。

本工程楼盖结构形式是本工程结构方案一个重要方面，针对本工程情况采用的楼盖结构形式为：（1）井字梁楼盖；（2）十字梁楼盖；（3）单向梁楼盖；（4）空腔楼盖。各楼盖设计时均采用C30混凝土，梁板受力钢筋HRB400，板分布钢筋HRB300。主梁截面为300×800。

GRP是玻璃纤维增强塑料的缩写，与金属同类产品相比，它不仅重量非常低， 而且具有极高的耐介质性和无磁性，性价比也非常高。为了全线扩展用于直线技术的drylin W直线模块化系统，运动塑料专家igus研发出一种使用塑料滑块的GRP导轨。由玻璃纤维制成的drylin W直线导轨比铝合金导轨轻20%，比钢轨轻70%。同时，它比碳纤维导轨便宜50%，这意味着GRP直线导向系统是适用于汽车和飞机制造，以及医疗设备或测量系统的替代方案。

二、内力分析及设计结果

采用盈建科软件计算，取9区格中间区格的结果进行设计。井字梁楼盖每个方向均匀布置两道次梁；十字梁楼盖每个方向跨中布置一道次梁；单向梁楼盖结合教室的建筑布局图，沿与黑板平行的方向布置两道次梁；空腔楼盖膜壳规格为900×900×200（长×宽×高）。四种楼盖方案内力计算结果详表1，设计结果详图1。

图1 四种楼盖方案设计结果

表格1 各楼盖方案的梁板截面和弯矩（kN·m）

根据内力计算结果和设计结果可以得出以下两点结论：

与其他三种楼盖形式相比空腔楼盖具有以下缺点：空腔楼盖在施工过程中，若出现空腔构件由于运输或安装时不慎破损，会导致混凝土流入腔内，施工时若不能及时发现，会导致支撑系统受力变大超出原设计，存在严重安全隐患，同时也会增大结构自重，结构受力方面也会存在安全隐患，此类工程事故在全国出现过几起；屋面层若采用空腔楼盖体系，在施工完成后，当出现顶板漏水时，水会沿腔体进入混凝土空腔内，导致渗水点无法确认后期无法进行有效的补漏作业。

（2）从梁板截面看，各楼盖方案建筑净使用高度从高到底依次为：空腔楼盖＞井字梁楼盖＞单向梁楼盖＞十字梁楼盖。

三、楼盖工程经济性和后期维护的便利性等对比分析

与井字梁楼盖、十字梁楼盖和单向梁楼盖相比，空腔楼盖具有以下优点：楼盖底部平整、美观；楼盖下部净空较其他楼盖体系高；楼板隔音效果比较好。

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（1）从长向和短向弯矩值对比可以看出，单向梁楼盖两个方向受力差别较大外，其余楼盖形式两个方向结构受力都很均衡。两个方向受力均衡的结构形式更有利于控制主梁截面高度和配筋率，但是由于本工程荷载较小，梁板截面按规范取值后有较大富裕，两个方向结构受力均衡会造成浪费。

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实际工程的造价与混凝土、钢筋和所使用的模板数量成正比，暂不考虑人工等其他因素的影响。工程经济性对比时以9区格的中间区格为基准，材料造价混凝土为600元/m³，钢筋为6.5元/kg，模板为80元/m²，空腔楼盖900×900×200膜壳为780元/m³。四种楼盖工程经济性对比结果详表2。

由表2可知，四种楼盖形式中混凝土用量单向楼盖最小，空腔楼盖最多；钢筋用量单向楼盖最小，空腔楼盖与单向楼盖相当，井字梁楼盖最多；模板造价单向楼盖最低，空腔楼盖由于有9.072m³的膜壳费用所以造价最高。综合造价单向楼盖最低，空腔楼盖最高。以单向楼盖为标准，四种楼盖综合造价比值为1.179：1.129：1：1.362。综上，四种楼盖形式中单向楼盖的混凝土量、钢筋量、模板造价及总造价均最少，故判断单向楼盖方案最优。

表2 楼盖工程经济性对比

四、结语

在9m×8.4m柱网教学楼楼盖的结构布置方案比选中，比较分析了四个方案的结构受力、工程经济性、后期维护的便利性。对比分析表明，单向梁楼盖体系经济性最好，比十字梁楼盖节约造价12.9%，比空腔楼盖节约造价36.2%，后期维护便利；缺点是结构两个方向内力差别较大，本工程由于教室荷载较小，并没有造成主梁截面过高从而影响净高。综合判断，单向梁楼盖方案最优。楼盖结构需要综合考虑结构受力、工程经济性、施工便利性等各方面因素的影响，具体采用哪一种应根据工程特点综合考虑后再进行确定。