空心樓蓋的結構設計及其在地下工程中的應用分析

林堅源（廣東省建科建筑設計院　廣東廣州　510000）

空心樓蓋的結構設計及其在地下工程中的應用分析

林堅源
（廣東省建科建筑設計院廣東廣州510000）

本文結合廣州某工程設計實例，對空心樓蓋結構設計的原理及特點進行了詳細地闡述，并對空心樓蓋結構設計在地下工程中的應用進了詳細地分析。

空心樓蓋；結構設計；地下工程；應用分析

1　引言

現澆混凝土空心樓板是指采用內置或外露填充體，經現場澆筑混凝土形成的空腔樓板，現澆混凝土空心樓蓋是指由現澆混凝土空心樓板和支承梁（或暗梁）等水平構件形成的樓蓋結構。空心樓蓋結構通過空心化樓板減小結構自重，具有抗震性能良好、樓板隔音效果好、樓板整體剛度大、減少樓板配筋量以及降低樓層層高等優點。采用這樣的結構技術后，可以明顯地降低建筑結構總體造價，經濟效益和社會效益非常明顯。所以，現階段對地下室頂板采用空心樓蓋板柱結構設計進行分析與探討，具有非常強的理論與現實意義。

2　工程概況

廣州某辦公樓的地下車庫，如圖1所示，其上方為綠化景觀，覆土厚度1.5m，地下室頂板采用空心樓蓋設計。地下室層高為4.5m，頂板標高-1.500m，底板面標高-6.000m，結構柱網尺寸為8.3m×7.78m。考慮覆土荷載以及施工荷載，空心樓板厚度為500mm，內置底面尺寸為600mm×600mm，高為320mm的方箱內模。該工程設計使用年限為50年，抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為Ⅶ度，基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35s，抗震等級為三級。

圖1　地下室頂板內膜布置局部示意圖

3　空心樓蓋結構設計分析

對于柱支承現澆混凝土空心樓蓋結構在豎向均布荷載的作用下，可以采用擬板法、擬梁法以及等代框架法等進行計算分析。本工程采用擬梁法進行內力分析，并且按照現行的抗震設計規范在柱與柱之間均設置600mm寬的實心暗梁。

3.1方箱內模布置

根據規程的要求，方箱內模布置應該滿足以下的要求：

（1）當現澆混凝土空心樓板的填充體為內置填充箱，填充塊時，空心樓板的體積空心率宜為25～60%。

（2）空心樓蓋的適用跨度：對于柱支承樓蓋，取長向跨度，有柱帽的時候宜為7～15m，無柱帽的時候宜為7～10m。

（3）內置填充體形成的現澆混凝土空心樓蓋上、下翼緣的厚度宜為板厚的1/8～1/4，且不宜小于50mm，不應小于40mm，空心板厚度不宜小于200mm。

（4）現澆混凝土空心樓板應沿受力方向設肋，肋寬宜為填充體高度的1/8～1/3，當填充體為填充箱、填充塊時，不宜小于70mm。

本工程結合規程要求及實際情況采用的箱型模盒如圖2所示，方箱內模尺寸為600mm×600mm×320mm，由于考慮到空心樓蓋上翼緣厚度對地下室頂板防水作用較大，故設計時空心樓蓋上，下翼緣不等厚，上翼緣厚度為120mm而下翼緣厚度為60mm，在模盒之間設置寬度為120mm的肋梁，樓板的體積空心率ρ=單位區格內填充體體積/單位區格內總體積=（600×600× 320）/（720×720×500）=44.4%。

圖2　箱型模盒示意圖

3.2荷載

設計時考慮以下荷載和作用：

（1）樓蓋上部永久荷載（覆土荷載）：1.5×18=27kN/m2；（2）施工活荷載：10kN/m2。

3.3配筋設計

采用MOCVD方法制備氮化鎵納米線，對生長條件進行研究。生長溫度對納米線的表面形貌產生重要影響，在750℃可以生長出形貌較好的納米線。催化劑厚度對納米線的生長模式和有序性起到了重要的作用。通過調整溫度和催化劑厚度并設計出兩步生長法，制備出了較為有序的氮化鎵納米線。

設計中采用強度等級為C30的混凝土；鋼筋均采用HRB400級別。

（1）現澆混凝土空心樓蓋按擬梁法進行計算時，所取擬梁宜在相鄰的區格間連續，每個區格

板內擬梁的數量在各方向上均不宜少于5根，擬梁的寬度按下式計算：

式中：bb，b0——分別為擬梁寬度及擬梁對應的空心樓板寬度；

I0——擬梁對應b0寬度范圍內截面慣性矩之和；

I——擬梁對應b0寬度范圍內按等厚實心板計算的

取Y向計算為例：

圖3　換算截面寬度計算圖（箱形空模）

（2）結構內力計算時采用PMCAD建模，用SATWE進行整體內力分析，并用SLABFIT軟件計算樓蓋豎向自振頻率，建模時擬梁按等剛度等高度擬矩形梁輸入，并應扣除兩個方向擬梁交叉重疊而增加的重量。

（3）配筋時須考慮箱型內模的布置影響，在肋梁之中應配置構造箍筋。

（4）空心樓蓋配筋時，應根據其內力分布特點合理配筋。板頂配筋時，由于板頂配筋集中在柱端較小的環狀區域內，柱邊最大，并向周邊急劇降低，故配筋時可在柱端區域加強加密板筋，而板頂跨中區配筋不大，基本與構造鋼筋量接近，如圖4所示。而板底配筋時，柱間實心板帶上配筋有所集中，該部分鋼筋量相對較大，而跨中空心板帶上配筋基本均勻，如圖5所示。

圖4　空心樓蓋板頂配筋方式（X方向）<一>

（5）該空心樓蓋的配筋方式，符合空心樓蓋的受力特點，由于較大的配筋集中在范圍較小的柱端區域及實心暗梁附近，因此能有效減少空心樓蓋的總體配筋量。

4　暗梁設計

本工程對暗梁的計算按梁單元計算方法，在柱間布置了寬度同柱寬，高度同板厚的實心暗梁，通過計算直接得到梁的配筋面積。

圖5　空心樓蓋板底配筋方式（X方向）<二>

（1）暗梁的箍筋加密區長度除應滿足現行《建筑抗震設計規范》中框架梁的要求外，尚不應小于3倍板厚。暗梁加密區長度內的箍筋肢距、間距應符合《建筑抗震設計規范》的要求，且箍筋肢距不應大于250mm，箍筋間距不應大于100mm。

（2）暗梁至少采用四肢或以上的封閉箍筋，如計算不需要時，箍筋的直徑應大于等于8mm，間距宜小于等于梁截面有效高度的3/4。

（3）暗梁上、下縱向鋼筋應分別不小于柱上板帶上、下鋼筋截面面積的1/2，暗梁底面和頂面縱向鋼筋截面面積的比值應大于等于0.5，且宜單層布置。框架肋梁的縱筋應有大于等于75%的總縱筋穿過柱子或錨入柱內。

5　肋梁布置

（1）相連肋梁應盡量對齊，當肋梁不能完全對齊時，應設置截面較大的中間梁，通過中間梁的扭轉剛度來傳遞兩側不對齊肋梁的端彎矩，中間梁須有足夠寬度，便于兩側肋梁的支座負筋在該梁內的錨固。

（2）柱邊第一根肋梁，須與柱帽直接連接。該肋梁范圍附近均有較大的支座負筋，這些支座負筋不能完全放置于該肋梁內，超出的鋼筋需要放置于柱帽肋間板內。

（3）肋梁的寬度、間距可以微調。對受力、配筋較大的部位，可以適當加寬加密肋梁，便于鋼筋的放置。

6　柱帽設計

柱支承樓蓋的板柱節點須進行抗沖切承載力驗算，并滿足《混凝土結構設計規范》中受沖切承載力計算的相關要求。柱支承樓蓋宜在柱周邊設置實心區域，實心區域為柱截面邊緣向外不小于1.5倍板厚。

（1）由于空心樓板的柱直接支承于板上，此處節點區域剪應力和彎曲應力高度集中，極易產生無征兆的脆性沖切破壞，故需要在柱端設置實心板區域（加厚或不加厚）以抗沖切。對于空心樓板，由于箱型內模之間的肋梁寬度較小，柱端板較大的配筋無法全部在肋梁中配置，設置柱帽，能便于這些鋼筋的布置。因此，在滿足抗沖切的基本要求之外，只要條件具備，應盡可能設置柱帽，盡可能使柱帽厚度大于板的厚度。

（2）設置柱頂托板或柱帽的柱支承樓蓋，托板或柱帽的長度和厚度應按計算確定，且每方向長度不宜小于板跨度的1/6；柱帽的高度不應小于板的厚度h，托板的厚度不應小于h/4。抗震設計時，托板或柱帽根部的厚度（包括板厚）尚不宜小于16倍柱縱筋直徑。

（3）根據抗沖切計算結果以及構造要求，上述工程最終確定的柱帽尺寸及配筋如圖6所示。

7　結束語

空心樓蓋結構是具有良好的抗震性能和自重小的結構形式。空心樓蓋與普通梁板結構相比，樓板自重較輕，且省鋼筋省造價，符合建筑結構節能環保的要求，可在高層結構、地下工程中廣泛應用。本工程采用空心樓蓋板柱結構設計，不僅很好的優化了地下室的使用空間，使建筑美觀大方，還取得了良好的社會效益及經濟效益。

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圖6　柱帽示意圖

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TU378

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1673-0038（2015）06-0027-03

2015-1-20