現澆混凝土空心樓板在實際工程中的設計與應用

李 志

(廣東長圣建設集團有限公司，廣東 河源 517000)

現澆混凝土空心樓板結構技術，是在施工過程中，在現澆樓蓋混凝土之前，按照相應的設計要求，在板內部配置混凝土薄壁筒體構件，以形成空心板的結構體系[1]，是一種相對較新、受力合理的結構體系。因其能夠克服預制樓板抗震性能差、施工通病多、使用局限大及傳統現澆樓板結構自重大、房間跨度小和造價過高等缺陷[2]，能夠實現大空間的靈活布置，而且節約了能耗，減輕了自重，提高了效率。近年來，廣大科研工作者對其進行了試驗、研究[3-4]，已在地下車庫[5]和大跨空間[6]等處有所應用，但相對比例較少。

本文以一實際工程的地下車庫為例，闡述了空心樓板的設計原理、施工流程及注意事項，為今后的相關工程設計和施工人員提供參考。

1 工作原理

運用相關彈性力學知識可知，對于大空間的樓板，其板厚遠遠小于實際的寬度，即可將其假定為四周固定的等厚薄平板，屬平面應力問題范疇，即此時相對應的在板厚方向上不產生應力；再結合相關混凝土的基本原理，可以認為此時板產生的主要是豎直方向上的位移，可近似按受彎構件的模型來計算。

為了避免過度地采用大量混凝土而造成的資源短缺與生態破壞，并在滿足大跨度大空間使用要求的前提下，保證足夠的承載能力，由最大彎曲正應力公式σmax=Mmax/W(式中，W=I/ymax為橫截面的彎曲截面系數；I為截面的慣性矩)，引進參數W/A，來反映相應的截面承載能力與結構本身自重的關系，并能夠衡量截面形狀的合理性與經濟性，參數W/A比值愈大，結構截面越合理，經濟性越好，常用結構截面的W/A數值見表1。

表1 常用截面的W/A數值

當截面高度相同時，工字型截面為最合理截面。混凝土空心樓板即是基于此原理，將混凝土薄壁筒體構件等間距的置入板內。通常在計算時，有單向板法與雙向板法2種計算方法，為了克服單向板法計算時只考慮單向的受力，使另一方向按構造配筋相對薄弱而易于產生裂縫，通常都采用雙向板法進行類似大空間的計算[7]。

取平行于板孔與垂直于板孔進行雙向計算。當進行平行于板孔計算時，即可截取1個或幾個孔距的板寬，并將實際的圓孔部分換算成等面積、等慣性距和等形心的矩形，由此剩余部分即折算成了工字形截面，其具體示意圖如圖1所示。

圖1 空心樓板實際與等效截面圖

設空心圓孔的直徑為D，則按上述假定，結合相關力學與數學知識可得：

(1)

式1中其他參數的實際含義可參照圖1所示。有關垂直于板孔的計算此時將板簡化為若干個工字形截面的集合，方法與平行于板孔的計算方法類似。限于篇幅，此處不再贅述。

2 工程概況

本工程位于廣東省河源市高新技術開發區，為廣東省通訊終端產品質量監督檢驗中心宿舍樓工程。主體為框架結構，地上13層，地下1層。因設計的地下為大型的地下車庫，供公司員工停車，兼做人防工程；地上為綠化、休閑、散步及運動場地，相對來說，地下室的面積較大，綜合各方面的因素，采用空心樓板結構技術。地下車庫柱網為8 100 mm×8 100 mm，按照功能的分區，分為五級人防區、六級人防區和非人防區，其板厚分別為600、550和520 mm，均采用空心樓板。五級人防區的空心薄壁管管徑為400 mm；六級人防區和非人防區的管徑均為350 mm。

3 施工方法

根據常用的施工工藝流程，現澆混凝土空心樓板的施工方法可以看作是基于普通混凝土樓板的施工方法，然后再增設道相對較為重要的工序，即空心管的鋪設與管道的固定，而這2道工序是影響整個空心樓板施工質量與受力性能的主要影響因素[8]。參照普通混凝土樓板的施工方法，可以得到空心樓板的施工工藝流程為：安裝模板，模板上放線(空心管與預埋管道)；板底鋼筋、墊鐵和墊塊等的安裝；排放薄壁空心管，抗浮鋼筋和肋間鋼筋的安裝；板面鋼筋的安裝；混凝土澆筑、養護，并拆模。具體各鋼筋及空心管的示意圖如圖2所示。

圖2 空心管及板內鋼筋布置圖

3.1 空心管道選用

空心管道又稱芯模，是空心樓板結構必不可少的材料。伴隨著國家對空心樓板技術的重視及材料科學的發展，芯模也有了很大的發展。目前，常用的芯模有GBF薄壁空心管、GZ高分子合金芯模、LPM蜂窩式芯模以及新興的充氣橡膠芯模。綜合各芯模的適用范圍、造價和施工等方面的因素，選取廣東某建材公司生產的GBF高強混凝土薄壁空心管。

3.2 芯模抗浮措施

在施工的過程中，由于空心管為由輕質材料制作而成的密封管道，一方面節約造價，另一方面自重相對較輕，對樓板整體有利；因此，在澆注混凝土時會出現因振動棒的振動和空心管本身的浮力(混凝土塌落度越大浮力就越大)而導致空心管帶動樓板鋼筋網上浮，空心樓板的施工過程中抗浮作為關鍵進行控制。為確保樓板鋼筋網不整體上浮，采用12號鉛絲，每間隔1 000 mm扣在面層鋼筋交叉點，并穿過模板錨固在腳手架鋼管上，以確保板鋼筋網不整體上浮。為了保證鋼筋的保護層厚度，在下層鋼筋與模板間增加混凝土小墊塊。在空心管道的下邊放置直徑為10 mm，間距為1 000 mm的管體支承筋；同時使用12號鋼絲制成U形筋，綁扎在GBF管兩端200 mm處，以形成整體，共同作為固定空心管道的保護筋，并與底板鋼筋固定牢固。

3.3 施工質量控制要點

3.3.1 空心管的吊運、堆放與安裝

GBF管運輸到施工現場必須按照自上而下(以免滾滑發生危險)、輕拿輕放的原則卸車、搬運和疊堆，嚴禁拋擲，并采用特制的吊籠吊運。因管壁相對較薄，嚴禁使用纜繩直接綁扎，應直接起吊。

GBF管到現場后應盡量避免臨時堆放和二次搬運，且堆放場地必須平整、干凈，按規格型號分類平臥疊層堆放，兩側用木塊限位，以免滾滑發生危險，堆放高度按照生產該產品的企業標準，應≤1 600 mm。

當模板安裝，空心管的定位線確定，腳手架承載計算后，方可進行空心管的安裝。為了增強樓板的受力性能，按照規范[8]的規定，將模板進行起拱，起拱高度為跨度的2/1 000～3/1 000。GBF管應逐肋鋪設，鋪放時應輕拿輕放，嚴禁踩在管上操作或行走。若GBF管固定后間距不符合設計要求，可用木棒或鋼筋進行適當調整。如不慎造成了GBF管的破損，應對破損處用塑料布、水泥包裝袋和封口膠帶進行封補填塞， 孔洞較大時可先于孔內塞塑料布和水泥包裝袋之類材料，以澆筑混凝土水泥漿不會進入管內為準。

3.3.2 混凝土的澆筑

混凝土的澆筑是決定空心樓板施工質量的重要環節，此時對GBF管的保護就變得格外重要。混凝土澆筑前，應對GBF管道再進行一次檢查，以確保該管材是完好無缺的。泵管或相關施工工具，不可直接放置在空心管上，可將支承處設置在管間縫隙處；應控制下料，一次下料不易太猛、太多；當GBF的管徑較大時，應當分2層澆筑，但第2次的澆筑時間應小于混凝土的初凝時間；應選擇合理的混凝土澆筑順序，即應沿平行于薄壁管的方向平等進行，切忌沿垂直管體澆筑。

3.3.3 混凝土振搗

混凝土在振搗時，宜采用焊鋼片振動棒或者直徑為30 mm的小振動棒，焊鋼片振動棒如圖3所示。

圖3 帶鋼片振動棒簡圖

振搗時，先將插入式振動器在管間縫隙中振搗，不得直接接觸薄壁管進行振搗，管間混凝土密實后，再使用平板振動器隨振隨平，隨搗隨抹。另外，在振搗的過程中，要密切注意GBF管是否有上浮現象，通常情況下，上浮發生在靠近梁邊的位置處。如果發現有上浮現象，應及時進行處理。

4 空心樓板與現澆實心樓板成本分析

取柱網間距為8 100 mm×8 100 mm的地下車庫頂板為單元，進行空心樓板與現澆樓板配筋及截面布置。參照相關荷載規范[9]進行荷載布置，設計車棚頂板可變荷載為4 kN/m2。現澆混凝土實心板按照北京建筑科學研究院開發的有限元軟件PKPM進行計算，現澆混凝土實心板板厚取250 mm，框架梁為400 mm×1 000 mm，采用井字梁結構，一跨內為4道，截面為300 mm×800 mm，樓板配筋為二級鋼14@200雙層雙向布置。空心樓板為520 mm厚，空心管管徑選用350 mm。實心樓板與空心樓板的布置圖如圖4和圖5所示。

圖4 空心樓板布置圖

圖5 實心樓板布置圖

按照一跨進行材料用量與工程造價的計算，則實心樓板與空心樓板材料用量及工程造價計算見表2和表3。此項計算未計入模板的損耗量，實心樓板的鋼筋造價也未計入。綜上計算所得，空心樓板在相同荷載設計下，每塊單板造價低于井字梁實心板1 117.44元，造價降低11.2%。上述對比為直接費用，未進行間接效益的對比(如工期的縮短及人工費的減少等)。如果把鋼筋的造價再計算入內，則其造價要遠遠超過空心樓板的用量。

表2 實心樓板混凝土與模板材料用量及材料造價表

表3 空心樓板混凝土與模板材料用量及材料造價表

由于空心樓板降低了鋼筋混凝土樓板的總質量，其結構在設計過程中，對支承樓板的梁、柱和剪力墻等豎向承重構件的截面及配筋率相應的減小，總工程造價也降低；因此，空心樓板的造價要遠低于實心樓板。在資源短缺、材料緊張、能源危機和強調可持續發展的今天，這顯然是空心樓板的一大優勢。

5 結語

本文從空心樓板的設計原理出發，分析了設計和施工中應注意的事項，并運用相關工程造價知識，對空心樓板與實心樓板的造價差異進行了對比分析。總體來看，空心樓板在設計上要比實心樓板略為復雜，施工中注意事項要多于實心樓板；但是與實心樓板相比，其工程造價也遠遠降低，且其具有良好的保溫、隔聲和輕質等方面特點。空心樓板能顯著降低工程造價并能較大幅度降低結構自重，在社會的快速發展下，高層建筑和大空間大跨度結構建筑越來越多，以輕型材料為填充的現澆混凝土空心樓板技術將發揮越來越重要的作用。

[1] 倪江波，馬克儉，張華剛. 現澆輕質填芯鋼筋混凝土板柱結構試驗研究[J].建筑結構學報，2003，24(2)：70-75.

[2] 郝建華. 論現澆混凝土空心樓板結構的優越性[J].合肥學院學報，2008，18(3)：63-65.

[3] 趙良華. 現澆混凝土空心樓板的研究與分析[D].西安：西安理工大學，2006.

[4] 張志偉，趙欣，孔丹丹. 新型鋼筋混凝土空心樓板有限元分析[J].低溫建筑技術，2011(10)：48-50.

[5] 丁銳. 現澆空心樓板技術在地下車庫中的應用[J]. 科技資訊，2009(22)：54.

[6] 于海波，蔣俊麗. 現澆混凝土空心樓板的應用[J]. 塔里木大學學報，2005，17(2)：66-68.

[7] 王志云，陳昌平，程萬鵬，等. 現澆混凝土空心樓板的結構計算與施工方法[J].大連大學學報，2009(3)：80-83.

[8] 中國工程建設標準化協會混凝土結構專業委員會. CECS 175—2004 現澆混凝土空心樓蓋結構技術規程[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2005.

[9] 中國建筑科學研究院. GB 50009—2012 建筑結構荷載規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社，2012.