溫州國際會展中心展廳大跨空心樓蓋設計與施工

周建榮，張俊杰，葉芳，周增柱

（溫州設計集團有限公司，浙江溫州325000）

溫州國際會展中心展廳大跨空心樓蓋設計與施工

周建榮，張俊杰，葉芳，周增柱

（溫州設計集團有限公司，浙江溫州325000）

近年來空心樓蓋體系得到了越來越多的應用，而平時我們接觸更多的是單管空心樓蓋，對疊合空心管樓蓋的研究較少。疊合空心管樓蓋是無梁現澆空心樓蓋結構體系的一種，該文以溫州國際會展中心展廳為例介紹了疊合薄壁空心管現澆混凝土空心樓蓋的特性、技術原理和具體施工方法和流程以及其中需要注意的問題。

疊合空心管；GBF；空心板；折算剛度；板柱結構

0 前言

隨著建筑技術的不斷發展和使用功能要求的提高，無梁樓蓋結構體系得到了越來越多的應用。而現澆空心樓板是在現澆無梁樓蓋的基礎上，為了減輕結構自重在樓板內按照一定規則預埋輕質空心內模并澆筑混凝土而形成的一種無梁樓蓋體系。空心樓蓋結構體系使得混凝土結構采用大跨度的同時滿足承載力、撓度、裂縫等設計要求變為了可能。近些年來由于建筑體型多樣化、人們對空間要求的提高以及工期和施工等其它因素的影響，現澆空心樓蓋結構體系得到了較快的發展。

現澆空心樓蓋體系能較好地滿足建筑功能、美觀、隔音、隔熱和施工方便快速等要求，在跨度較大的工業民用建筑中越來越受到關注。該文結合工程實例對疊合現澆空心樓板的原理、設計和施工等方面進行論述介紹。

1 工程概況

溫州國際會展中心展廳位于溫州鹿城區甌江路，建筑面積4.47萬m2，其中地上展廳部位3.2萬m2，地下一層，地上三層，局部設置夾層。上部結構展廳部位典型柱距20 m×20m，采用無梁空心樓蓋結構體系。展廳南北方向各有一跨為梁板結構體系，柱距10 m×10m。三層樓面以下墻柱混凝土強度等級采用C45，三層以上為C40；三層樓面以下梁板及空心板混凝土強度等級采用C35，三層以上為C30。

以二層為例（如圖1），二層展廳活載15kN/㎡，空心板厚為1000mm，暗梁尺寸取為2000×1000mm。由于二層跨度大、活載重，因此空心板的厚度保守的取為1m。三層活載6kN/m2，空心板板厚取為800mm，暗梁尺寸為1600×800mm。

圖1 溫州會展中心三期展廳二層平面圖

2 空心樓蓋受力特性分析及設計構造

2.1 空心樓蓋內膜的選擇及構造

為降低自重和提高空心率，初步選擇箱體空心內膜。但是二層展廳跨度大、荷載重，采用箱體空心內膜自重較大，而且工人搬運內膜很不方便，也較易損壞，施工存在困難，而且該項目工期較緊張。因此經對施工技藝及工期、施工質量等因素的綜合考慮后，最終選擇采用GBF薄壁圓形空心管疊合的方式。

二層空心樓蓋最后采用管徑400mm、管長1000mm的薄壁空心管上下疊合而成。由于二層活載大，且有可能承受動荷載及沖擊荷載，因此空心板厚上下層取為100mm，順管向肋寬為160mm，橫管向肋寬200mm（詳見圖2）；三層亦采用管徑300mm、管長1000mm的空心管疊合而成，順管向肋寬120mm，橫管向肋寬160mm。

圖2 二層空心樓蓋剖面示意

2.2 空心樓蓋分析設計

空心樓蓋同常規實心樓蓋存在較大不同，無法直接建模形成，其各種參數需要經過重新計算，按照圖集《現澆混凝土空心樓蓋》05SD343附錄A中所示公式計算相關參數，如下所示：

hs-空心樓板厚度；

D-筒芯直徑；

bw-順筒肋寬；

he,A-與空心樓板順筒方向單位寬度（1m）截面面積相等的單位寬度（1m）實心樓板的厚度；

Amet-順筒方向樓板單位寬度（1m）截面面積；

Icel-順筒方向樓板單位截面慣性矩；

Imet-順筒方向樓板單位寬度（1m）慣性矩；

he,I-與空心樓板順筒向單位寬度（1m）截面抗彎剛度相等的單位寬度（1m）實心樓板的厚度，即擬梁法計算時單位寬度（1m）的擬梁寬度；

be,I-樓板厚度不變，與空心樓板順筒向單位寬度（1m）截面抗彎剛度相等實心樓板的寬度；

ω-樓板順筒向斷面面積空心率；

Nu-單位面積（1㎡）樓板筒芯用量；

對空心樓蓋順管向和橫管向各參數分別計算，得到二層空心樓板的各參數如表1所示。

表1 二層空心樓板各參數

對于筒形內膜現澆空心樓蓋，程文瀼[1]、譚磊[2]、楊曉華[3]等進行了靜力和動力縮尺模型實驗研究，楊建軍[4]等進行了豎向均布荷載作用下的足尺實驗，張洪學[5]、顧沖[6]等進行了理論分析和有限元計算。他們的相關實驗和有限元分析結果表明：豎向均布荷載作用下，筒形內膜的單向性并沒有改變樓板雙向受彎的性能，樓板的雙向抗彎剛度相近。

重慶大學全學友教授進行了現澆混凝土筒芯空心樓蓋單向板受力性能試驗[7]，結果表明：當空心率小于35%時，順孔向板和橫孔向板的受力性能幾乎完全一致；當空心率在35%～50%時，橫孔板的撓度略大于順孔板，橫孔板的剛度有輕微減少；橫孔方向，孔肋容易產生剪切破壞，是抗剪薄弱部位。重慶大學陳習[8]的研究分析也表明空心樓蓋兩向抗彎剛度與樓蓋空心率有關，空心率很低時，兩者相差很小，隨著空心率的增加，橫筒方向剛度與順筒向相比有所減少，但是減少幅度不大。空心樓板為雙向受力，不能簡化為按照順筒方向單向受力處理。同時橫筒向剛度不能簡化成最薄弱部位的“二”字型截面計算，可按照順筒向剛度計算。該文內部的布置使得空心板兩個方向剛度接近，因此采用順筒向的等效剛度計算是合適的。

考慮到二層跨度大、荷載重，因此亦采用ANSYS進行了空心樓板的有限元受力分析進行校核。彈性模量取E=3×1010N/㎡，泊松比為0.2，采用單跨1/4模型，采用solid45單元。為方便計算避免奇異，對疊合空心樓蓋截面進行簡化處理，不考慮圖3中斜線陰影部位的混凝土而將其等效成荷載輸入，模型如圖3所示。

圖3 空心樓蓋剖面圖及有限元模型

經過分析，彈性計算時跨中撓度最大，達到12.254mm。而且從圖4、圖5中我們可以看出二層空心樓板受力特點和典型的柱支撐無梁實心樓板是一致的，呈現雙向受力特性，而且順管向和橫管向的剛度幾乎是一樣的，因此采用等效實心板進行計算是可行的。

圖4 空心樓蓋變形圖和第一主應力

圖5 空心樓蓋第二主應力和第三主應力

表1中已經計算得到同空心樓板等效剛度的混凝土實心板厚為900mm，因此在整體計算時可以將空心樓蓋等效成同剛度的無梁實心樓板進行有限元計算分析，并通過荷載將多余自重抵消。此處剛度采用的是順管向的橫截面剛度進行等剛度計算。計算完畢后再根據有限元樓板計算結果進行配筋。需要注意的是，在整體計算過程樓板的荷載應該進行有限元導荷載，而非傳統梁板式結構的導荷方式。樓板應該選擇彈性板6的方式進行計算，充分考慮樓板的面內面外剛度。特別強調的是彈性板6計算的樓板配筋是采用900厚的板計算而得，同實際情況是有差別的，需要我們根據有限元內力計算結果手算得出樓板配筋。如果對計算結果存有疑義，我們亦可采用經驗系數法進行手算，將手算結果和有限元分析結果進行對比校核。手算方式可按照李國勝老師《多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造》書中所寫的進行計算。

2.3 空心樓蓋配筋構造

根據樓板有限元計算結果我們可進行下一步的樓板配筋。由于二層樓板厚、荷載重，傳統肋部簡單設置拉筋的方式不是十分合適，因此保守地對板肋進行了加強，采用了套箍配筋的方式。其配筋方式詳見圖6。由于是空心管疊合的方式，導致肋部較高，因此采用了兩道拉筋拉結。

圖6 二層空心樓蓋剖面示意

項目中柱頂設置了柱帽，由于柱帽部位剛度集中造成力也集中，往往柱帽部位的內力計算結果也會很大。此時柱帽區配筋也會較大，有時候配筋太大，難以施工，我們可對柱上板帶柱帽區進行調幅，但調幅程度不宜太大（控制0.9以內）。調幅后柱上板帶板底配筋會相應增大。柱帽配筋方式可參照圖7所示。

圖7 二層空心樓蓋柱帽配筋示意

對于疊合空心樓蓋的其他構造措施同單管空心樓蓋是一樣的，可按照《現澆混凝土空心樓蓋結構技術規程》中規定的采用。工程空心樓蓋的現場施工詳見圖8所示。

圖8 二層空心樓蓋現場施工圖

3 空心樓蓋施工及其要點

3.1 施工流程

混凝土現澆空心樓蓋結構的施工與普通混凝土樓蓋相比并不復雜，由于項目采用疊合空心管的方式，因此施工時需要特別注意空心管的安裝及相應的抗浮措施。其相應的工藝流程如圖9。

圖9 空心樓蓋施工流程圖

3.2 施工要點

在施工中解決好空心管的定位和抗浮問題是施工中需要特別注意的，因此在安裝空心管時應做到符合如下要求。

（1）空心管在安放及預埋施工過程中，應采取可靠的措施保證其位置準確。

（2）空心管管底距模板的位置應按照設計圖紙確定，其底部可以采用混凝土墊塊或者其他墊塊來保證其距離。

（3）在混凝土澆搗過程中，混凝土會對空心管產生浮力，需要采取抗浮措施。特別是工程中采取疊合的方式，浮力更大。采取每根空心管上扎兩根14壓筋，并在每管頂設置1根30× 5扁鐵，同時采用高強鐵絲穿過模板與抗浮支架連接牢固，防止空心管上浮（見圖10）。施工中應注意防止直接踩踏空心管。

圖10 空心樓蓋抗浮措施

（4）混凝土宜摻入適量減水劑，減少用水量，降低水灰比，以增大混凝土塌落度。

（5）由于本樓蓋為大體量混凝土工程，在施工過程中應采取有效措施防止水化熱的蓄積并做好養護工作。

4 結語

該文介紹了空心樓蓋結構的優勢，并結合工程實例對疊合空心樓蓋的設計方法進行了說明。早先的研究也表明筒芯內膜空心樓蓋具有雙向受力的特點，可按照等效成實心樓蓋進行整體計算分析。文中也通過對二層疊合空心樓蓋的有限元分析驗證了疊合空心樓蓋同單筒芯內膜空心樓蓋一樣，呈現雙向受力特點，而且順筒向和橫筒向截面的抗彎剛度相差不大，而且按照順筒向橫截面剛度等效成實心樓板計算也是偏于安全的。

計算后即可根據樓板計算結果進行配筋，文中也給出了疊合空心樓蓋的配筋方式供參考，詳見圖6所示。采用疊合空心樓蓋時，由于肋部高度加大，相較于普通單孔空心樓蓋，肋部穩定性要差，對于荷載較大的情況下要特別注意肋部的加強。由于荷載較重，且可能承受沖擊荷載和動荷載，因此該項目中筒肋采用了封閉箍筋的方式。

同時文中對疊合空心樓蓋的施工提出了需要注意的要點。由于疊合空心樓蓋浮力更大，故文中最后給出疊合空心管抗浮的措施供參考（圖10）。該工程于2012年底主體完工，并獲得中國建設工程魯班獎。

[1]成文瀼，江韓，高仲學，等.圓管式無柱帽空心無梁樓蓋的試驗研究[J].建筑結構學報，2004，25（5）：78-84.

[2]譚磊，劉錫軍，丁時寶.水平荷載作用下空心板柱結構等代梁計算寬度[J].建筑結構，2010，40（7）：81-83.

[3]楊曉華，周朝陽，何任遠.混凝土空心板柱結構動力特性計算方法[J].建筑結構，2010，40（7）：78-80.

[4]楊建軍，王金，王茂，等.現澆鋼筋混凝土空心無梁樓蓋在不同荷載工況下受力性能試驗研究[J].鐵道科學與工程學報，2004，1（2）：88-91.

[5]張洪學，張云龍，白成祥.邊支撐現澆空心板設計計算與軟件實現[J].建筑結構，2006，36（3）：91-93.

[6]顧沖，傅晉申.現澆空心樓板橫筒方向等效厚度簡化數值計算方法[J].建筑結構，2009，39（S2）：150-152.

[7]全學友，孫會郎，王巍.現澆圓形管空心樓蓋中單向模型板受力性能的試驗研究[A].上海：全國現澆混凝土空心樓蓋結構技術交流會論文集[C]，2005.

[8]陳習.現澆混凝土空心樓蓋內力分析與設計研究[D].重慶：重慶大學，2012.

責任編輯：孫蘇,李紅

新技術新材料

神奇的挖掘機鋼板“手套”

土方開挖作業時，挖掘機可以說是“利器”，但在基槽清理時，就有些“力不從心”了。其實，只須給挖掘機鏟戴一個“手套”，就能讓挖掘機再度變得游刃有余起來。在挖掘機的鏟端部位焊接一塊寬l0cm的光滑鋼板，長度同挖掘機鏟長，挖掘機倒退清十，施工人員及時抄平。

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（1）第一次挖土時要注意預留不小于20cm厚的土層，防止挖掘機碾壓擾動基礎土層。

（2）土壤的含水率大小、土壤類別會影響清理后的效果。

3．經濟、社會效益

以教學樓(4000m)為例：人工清土費用：20人×7d× 120元／d=16800元。使用挖掘機配合清土費用：120元／h× l0hx3d+5人×3d×120元=5400元。采用本方法可節約工期4d，節約資金11400元。

（摘自：《新建材》）

Design and Construction of Hollow Large-span Floor of Exhibition Rooms of Wenzhou International Convention&Exhibition Center

The hollow floor structure has been growingly applied in recent years,mostly single pipe ones,and the superposed hollow ones are rarely studied.The superposed hollow floor is one type of beamless cast-in-situ hollow floor systems.This paper takes the exhibition rooms of Wenzhou International Convention&Exhibition Center as an example to introduce the features,technical principles,specific construction methods,flows as well as noteworthy issues of the superposed thin-walled hollow cast-in-situ concrete floor structure.

superposed hollow tube;GBF;hollow slab;converted stiffness;slab-column structure

TU318

A

1671-9107（2017）03-0042-05

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.042

2017-02-09

周建榮（1985-），男，浙江樂清人，研究生，工程師，主要從事大跨無梁樓蓋體系、超高層結構分析設計以及大跨鋼結構方面的設計及研究工作。

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.047