淺談長(zhǎng)郡月亮島學(xué)校空心樓蓋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

杜江軍，李毅

（長(zhǎng)沙市望城區(qū)城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410200）

淺談長(zhǎng)郡月亮島學(xué)校空心樓蓋設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

杜江軍，李毅

（長(zhǎng)沙市望城區(qū)城市建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410200）

空心樓蓋技術(shù)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)性?xún)r(jià)比最優(yōu)值的建筑施工工藝,它改變了傳統(tǒng)的建筑思維與理念,更加適應(yīng)這個(gè)時(shí)代的發(fā)展。論文結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)空心樓蓋設(shè)計(jì)方案及施工技術(shù)進(jìn)行了探討，為同行提供參考借鑒。

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋；有限元計(jì)算；設(shè)計(jì)構(gòu)造要求

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.011

1 引言

近年來(lái),我國(guó)建筑業(yè)發(fā)展迅速,這得益于建筑施工工藝的逐漸完善和創(chuàng)新。尤其是近十年來(lái),國(guó)民整體的生活質(zhì)量有了顯著的提高,所以對(duì)于現(xiàn)代化建筑物的要求更加多樣[1]。而對(duì)于建筑工業(yè)來(lái)說(shuō),尋找發(fā)掘一種節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)合理且舒適度高的建筑技術(shù)也是一直以來(lái)的追求。

2 工程概況

長(zhǎng)郡月亮島學(xué)校位于長(zhǎng)沙市望城區(qū)，北臨月亮島路，南至桑梓路，西毗谷山路，東接楊峰路。項(xiàng)目規(guī)劃用地面積128434.75m2，凈用地面積100830.43m2，建構(gòu)筑物占地面積約18187.6m2，規(guī)劃建筑面積約95719.6m2（含地下車(chē)庫(kù)9 202.9m2），辦學(xué)規(guī)模84個(gè)班，其中小學(xué)36個(gè)班，初中48個(gè)班。學(xué)校建筑包含有綜合樓2棟、體育館1棟、初中教學(xué)樓3棟、初中食堂1棟、初中宿舍2棟、教師工作周轉(zhuǎn)房1棟、小學(xué)教學(xué)樓2棟、小學(xué)宿舍1棟、小學(xué)食堂1棟、地下停車(chē)場(chǎng)（含人防）約10000m2、400m標(biāo)準(zhǔn)田徑場(chǎng)及看臺(tái)各1個(gè)、200m田徑場(chǎng)1個(gè)、標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)8個(gè)。

在本項(xiàng)目中,體育館、綜合樓及地下室運(yùn)用了空心樓蓋技術(shù)，也就是我們常說(shuō)的BDF薄壁箱體現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)。

3 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋特點(diǎn)

現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型混凝土樓蓋結(jié)構(gòu)類(lèi)型，是在傳統(tǒng)的普通梁板式、無(wú)梁體系、密肋體系、無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋后興起的一種全新現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)體系[2]。現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)充分利用空腔板結(jié)構(gòu)良好的力學(xué)性能，能有效減小結(jié)構(gòu)層高、使用空間更靈活，而且鋼筋的構(gòu)造及模板工程更簡(jiǎn)單，施工速度快，能很好地解決現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)需要的人工多和施工周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，是一種性?xún)r(jià)比優(yōu)越，且具有巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的樓蓋結(jié)構(gòu)類(lèi)型。現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的效果對(duì)比如圖1所示。

現(xiàn)澆混凝土箱體結(jié)構(gòu)空心樓蓋的特點(diǎn)：

1）綜合造價(jià)降低、施工工期縮短；

2）適用范圍廣；

3）改善使用功能、拓展實(shí)用空間；

4）成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)、可行的施工方法；

5）隔音、隔熱、保溫、環(huán)保效果佳；

6）減少了因吊頂裝飾造成的消防隱患；

7）剛度大、變形小、抗震性強(qiáng)；

8）采用新技術(shù)、新材料、新工藝、新產(chǎn)品和滿(mǎn)足節(jié)能的要求；

9）降低裝修成本。

圖1 現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)和現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋效果對(duì)比

4 現(xiàn)澆混凝土箱體結(jié)構(gòu)空心樓蓋的設(shè)計(jì)及計(jì)算

4.1 空腹密肋樓蓋設(shè)計(jì)方法

4.1.1 離散化方法

大多數(shù)傳統(tǒng)軟件按等代梁法進(jìn)行計(jì)算的屬于離散化方法，這種方法只是一種近似計(jì)算，不能完全體現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，難以確定合理的扭轉(zhuǎn)剛度折減系數(shù)。

本質(zhì)：將板柱結(jié)構(gòu)、大板樓蓋作為框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

結(jié)果：配筋大，未能充分發(fā)揮空心板的潛力。

4.1.2 連續(xù)化方法

連續(xù)化方法將空心板的縱橫肋連續(xù)化，將空心樓蓋結(jié)構(gòu)板作為縱橫向均質(zhì)板進(jìn)行計(jì)算。跨度與厚度比值在20～30之間，空心板肋間距對(duì)于跨度來(lái)說(shuō)是一個(gè)小量，在總體上與板的受力特點(diǎn)相同，其主要特點(diǎn)如下：

1）板式樓蓋結(jié)構(gòu)與梁式樓蓋結(jié)構(gòu)受力差異，認(rèn)為板式樓蓋為島狀受力，即內(nèi)力向柱端集中，而柱端區(qū)域之外來(lái)說(shuō)相對(duì)較小。在豎向重力荷載作用下，柱端負(fù)彎矩與跨中正彎矩的比值，遠(yuǎn)大于梁式樓蓋的比值；在側(cè)向荷載作用下，板式樓蓋的內(nèi)力僅限于柱端的一定區(qū)域內(nèi)，且隨距柱邊的距離增大急劇降低[3]。

2）空心板樓蓋表現(xiàn)出來(lái)的受力特點(diǎn)與板式樓蓋一致，并且集中受力特性更為明顯，內(nèi)力更集中在柱端區(qū)域。因此，這種連續(xù)化的處理手法符合空心板的實(shí)際情況。目前普遍采用Strat軟件進(jìn)行精確的有限元分析計(jì)算。

4.2 現(xiàn)澆混凝土箱體結(jié)構(gòu)空心樓蓋的設(shè)計(jì)構(gòu)造要求

樓板上翼緣中應(yīng)配置雙向鋼筋，各個(gè)方向按結(jié)構(gòu)板全截面計(jì)算出來(lái)的配筋率不宜小于0.15%，板鋼筋的間距不宜大于300mm，板鋼筋的直徑不宜小于4mm。在柱頂托板所在的肋網(wǎng)格內(nèi)，其頂面應(yīng)附加加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)片。

在肋梁中，配有負(fù)彎矩鋼筋的區(qū)段（包括托板的范圍內(nèi)）應(yīng)配置封閉的箍筋，箍筋直徑不應(yīng)小于6mm，間距不應(yīng)大于肋高，切不應(yīng)大于200mm；在正彎矩區(qū)段可配置開(kāi)口箍筋。

正彎矩作用時(shí)空心樓蓋中的肋梁按T型截面進(jìn)行計(jì)算，負(fù)彎矩作用時(shí)空心樓蓋中的肋梁按寬度等于底部寬度的矩形截面進(jìn)行計(jì)算。

空腹密肋樓蓋次肋梁的鋼筋延伸長(zhǎng)度可采用平板無(wú)梁樓蓋的規(guī)定。僅當(dāng)采用分離式配筋時(shí)，其正彎矩鋼筋宜全部錨入支座。樓蓋主肋梁的鋼筋延伸長(zhǎng)度應(yīng)按它的彎矩包絡(luò)圖或梁的構(gòu)造規(guī)定確定。

不帶邊梁的空心密肋樓蓋，其邊肋上下應(yīng)至少各設(shè)2根直徑不小于16mm的通長(zhǎng)筋，并配置構(gòu)造用的封閉箍筋，以增強(qiáng)邊肋的抗扭能力。

上翼緣板厚宜大于50mm；下翼緣板厚不宜小于40mm；薄壁箱體邊長(zhǎng)大于600mm時(shí)，薄壁箱體中心必須設(shè)置預(yù)留孔洞，薄壁箱體底部同時(shí)設(shè)多弧型。薄壁箱體與樓蓋模板間設(shè)抗裂鋼絲網(wǎng)。柱網(wǎng)中的角部為實(shí)心區(qū)，一律不安放薄壁箱體。

4.3 空心樓蓋設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中綜合樓、體育館及地下室跨度大、空間使用靈活。如果采用慣用的框架或者框剪結(jié)構(gòu),勢(shì)必會(huì)造成空間布置受到局限及鋼材、水泥等材料和人工的浪費(fèi)。同時(shí)，無(wú)梁空心樓蓋大大增加了層間凈空，并有建筑節(jié)能效果好、施工便捷、減輕樓蓋自重、縮短工期、降低成本、保溫隔熱效果好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們選用空心樓蓋技術(shù)，在滿(mǎn)足建筑的功能性和適用性的同時(shí)，并為后期施工工期提供了空間。

長(zhǎng)郡月亮島學(xué)校體育館和地下室空心樓板為邊支承雙向板體系，空心板的支座為框架扁梁。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)空心板有3種，分別為KXB1、KXB2、KXB3：

KXB1板厚500mm，板頂厚度為100mm及板底厚度為100mm，內(nèi)膜采用600mm×900mm×300mm的4F鋼質(zhì)體與聚苯組合填充構(gòu)件；

KXB2板厚400mm，板頂厚度為60mm及板底厚度為60mm，內(nèi)膜采用600mm×900mm×280mm的4F鋼質(zhì)體與聚苯組合填充構(gòu)件；

KXB3板厚400mm，板頂厚度為60mm及板底厚度為60mm，內(nèi)膜采用600mm×900mm×260mm的4F鋼質(zhì)體與聚苯組合填充構(gòu)件。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特殊構(gòu)造要求有兩點(diǎn)：

1）箱體的布置要保證洞邊、柱邊、梁邊留有不小于100mm的實(shí)心區(qū)域。

2）角部配制附加鋼筋，附加鋼筋的要求為：

樓蓋板四周角部空心樓板的板頂及板底均需配置附加鋼筋，配筋區(qū)域從支座中心開(kāi)始計(jì)算，縱橫向的延伸長(zhǎng)度不小于板短邊跨度的1/4，附加鋼筋在支座位置按受拉鋼筋進(jìn)行錨固。板底、板頂附加鋼筋在縱橫方向的配筋均應(yīng)滿(mǎn)足最小配筋率的要求，均不應(yīng)小于0.2%，且鋼筋直徑不小于8mm，鋼筋間距不大于200mm。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋下翼緣厚度較薄，對(duì)后期施工會(huì)造成電氣預(yù)埋線(xiàn)管困難，且為避免混凝土澆筑過(guò)程中振搗不密實(shí)而造成漏水的情況發(fā)生，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)增加空心樓蓋下翼緣厚度。

5 現(xiàn)澆混凝土箱體結(jié)構(gòu)空心樓蓋的施工技術(shù)

5.1 施工程序

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線(xiàn)→支模板→肋筋和底板鋼筋位置放線(xiàn)→綁扎梁鋼筋和箱體間密肋梁鋼筋及預(yù)埋管線(xiàn)（管線(xiàn)預(yù)埋在框架梁和密肋梁中）→設(shè)置抗浮點(diǎn)→安裝箱體→板面鋼筋綁扎→搭設(shè)施工便道→隱蔽工程驗(yàn)收→澆筑混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模。

5.2 施工要點(diǎn)

在板底鋼筋及密肋梁鋼筋綁扎完成后，箱體安裝之前，需要根據(jù)板的厚度來(lái)確定抗浮點(diǎn)的設(shè)置間距。如果板厚稍大，可以將抗浮點(diǎn)的設(shè)置間距適當(dāng)增大，如果板厚較小，宜增加抗浮點(diǎn)的數(shù)量。安裝箱體前，在模板上用4mm鉆頭的手電鉆鉆孔，并使用鉛絲綁住肋梁底部的受力鋼筋，并穿過(guò)電鉆孔模板處牢牢綁在底模下的鋼管上。間距一般為1～1.5m，防止在澆筑混凝土?xí)r，BDF箱體受到混凝土的流動(dòng)性的影響產(chǎn)生上浮現(xiàn)象。水、強(qiáng)電、弱電等各種管線(xiàn)的預(yù)留預(yù)埋，適宜布置在密肋梁中及板底。

箱體的安裝與固定時(shí)，將箱體安放在底板鋼筋以上和肋梁間，在箱體的四周與密肋梁鋼筋應(yīng)留有鋼筋保護(hù)層距離。通常在安裝箱體時(shí)，在箱體側(cè)面均放置幾個(gè)小墊塊，保證箱體與密肋梁鋼筋之間的保護(hù)層厚度。在振搗時(shí)由于混凝土的流動(dòng)性對(duì)箱體有向上的浮力，所以箱體底部可以不放墊塊。

BDF箱體安裝完成后開(kāi)始進(jìn)行板面鋼筋的綁扎，綁扎過(guò)程中為避免箱體產(chǎn)生破壞，要避免操作人員直接在箱體上作業(yè)，或者將施工中用到的機(jī)械和材料等放置在箱體上。面筋應(yīng)該與密肋梁綁扎牢固，并在箱體面上放幾個(gè)10～15mm厚的墊塊，防止箱體上浮時(shí)面筋與面筋接觸，導(dǎo)致面筋沒(méi)有保護(hù)層。

板面鋼筋綁扎完成后，在混凝土澆筑前，需對(duì)箱體再進(jìn)行檢查，對(duì)有位置松動(dòng)或偏移的箱體進(jìn)行處理。如果在施工時(shí)箱體受到損壞，要及時(shí)進(jìn)行更換，避免混凝土流到箱體里面。

為了保證現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的質(zhì)量，混凝土應(yīng)交替澆筑，先注入少量混凝土后用小型振動(dòng)棒振搗肋梁混凝土至底模，讓砂漿留入箱體的底部。在底層振搗密實(shí)后再注入混凝土進(jìn)行振搗。由于箱體底部混凝土的厚度比較小，混凝土中粗骨粒的粒徑不宜過(guò)大，應(yīng)該采用細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑，且混凝土的坍落度不宜低于160mm。振搗過(guò)程中應(yīng)對(duì)箱體四周的密肋梁反復(fù)振搗，并加長(zhǎng)混凝土的振搗時(shí)間。混凝土澆筑完成后，要根據(jù)季節(jié)采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行正常養(yǎng)護(hù)，待混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行拆模工作。

5.3 施工中注意事項(xiàng)

5.3.1 模板起拱方式

模板是雙向板的應(yīng)該雙向起拱，是單向板的應(yīng)該單向起拱。模板起拱的高度要求如下：1層模板起拱高度在0.3%～ 0.5%之間，2層及2層以上模板起拱高度在0.2%～0.3%之間。

5.3.2 箱體安裝

BDF箱體運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，在卸車(chē)時(shí)不能直接往地面上扔，不能用物件對(duì)箱體進(jìn)行砸和壓，放在地面上要穩(wěn)定，碼放要整齊[4]。安裝箱體的時(shí)候必須輕拿輕放，在箱體安裝過(guò)程中施工人員不得直接在箱體上行走。調(diào)運(yùn)安裝時(shí)一定要使用專(zhuān)門(mén)的吊籃進(jìn)行調(diào)運(yùn)，嚴(yán)禁用纜繩直接綁扎在箱體上進(jìn)行調(diào)運(yùn)，箱體被吊到安裝樓層后要碼放整齊，不宜疊層堆放。

5.3.3 混凝土振搗

在澆筑混凝土?xí)r不宜在箱體上堆積過(guò)多的混凝土，料車(chē)出來(lái)的混凝土應(yīng)該馬上攤開(kāi)，并進(jìn)行振搗，要堅(jiān)持少澆多振，避免板底出現(xiàn)露筋的現(xiàn)象。振搗混凝土?xí)r宜選用直徑為30mm的振動(dòng)棒，不得使用平板振搗器。

5.4 空心樓蓋施工體會(huì)

空心樓蓋技術(shù)在施工中的優(yōu)點(diǎn)：①樓板的支模速度有顯著提高；②樓板底部沒(méi)有梁露出板底，所以在室內(nèi)裝修時(shí)很大程度上降低了成本，并且模板在使用上整塊拼裝，周轉(zhuǎn)次數(shù)有所增加，施工成本得到降低；③鋼筋綁扎要更加簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：①樓板上密肋梁的鋼筋綁扎更加復(fù)雜；②混凝土澆筑過(guò)程中箱體容易破損；③箱體下混凝土不容易密實(shí)，易產(chǎn)生蜂窩麻面而導(dǎo)致滲水現(xiàn)象；④混凝土澆筑的程序有所增加，消耗一定的人工費(fèi)；⑤由于增加了安裝薄壁箱體和綁扎肋梁等一些工序，所以比普通樓蓋的施工作業(yè)時(shí)間要長(zhǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋施工技術(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)步，不但可以減少耗材，節(jié)約成本，而且也簡(jiǎn)潔美觀(guān)，已經(jīng)運(yùn)用到各個(gè)大型公共建筑上。隨著空心樓蓋技術(shù)的快速發(fā)展，使得該項(xiàng)技術(shù)越來(lái)越成熟，也越來(lái)越多地用在更多的建筑結(jié)構(gòu)上。

【1】張榮偉.現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2008.

【2】韓冬，夏柱波，何建，等.現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2010（12）：30-32.

【3】侯天成.淺談空心樓蓋的設(shè)計(jì)與施工[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011（32）：223-224.

【4】秦海龍,呂紅勛,劉丹.現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋的經(jīng)濟(jì)分析[J].山西建筑，2010（33）：69-70.

Hollow FloorDesign andConstructionTechnology of MoonIslandSchool inChangjun

DUJiang-jun，LI Yi
（ChangshaWangchengCityConstructionInvestmentGroupCo.Ltd.,Changsha410200，China）

Technology ofhollowfloor is a to achieve optimal value price of building construction technology,it changes the traditional architecturalthinkingandideas,moreadapttothedevelopmentofthetimes.Combinedwithspecificexamplesofprojects,hascarriedonthe discussiontothehollowfloordesignschemeandconstructiontechnology,providesthereferenceforthecolleaguereference.

cast-in-situconcretehollowslab;finiteelementmethod;structuraldesignrequirement

TU37

B

1007-9467（2016）06-0058-04

2016-03-01

杜江軍（1984～），男，湖南永順人，工程師，從事工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與管理研究，（電子信箱）duk.song@163.com。