某現澆大跨度空心板樓蓋設計應用探討

高 彩 霞

(太原市建筑設計研究院，山西 太原 030002)

1 樓蓋結構選型

某會所工程頂層為多功能會議中心，局部要求24.3 m×18 m的大空間，層高6.6 m，要求建筑裝修與結構屋面構件總高度不得大于1 m。

根據各形式樓蓋結構的受力特性，結合具體情況，依據跨度、荷載、適用范圍、凈高要求等進行方案比選。方案1：井字梁結構樓蓋，梁高取值約為0.9 m～1.2 m。方案2：鋼結構網架屋面，估算高度取0.9 m～1.2 m，屋面為輕型彩鋼板+保溫。方案3：單向鋼梁+輕型屋面，鋼梁高度常取0.9 m～1.4 m。方案4：現澆空心板樓蓋結構形式，板厚可取600 mm(L0/30)。

經分析比較，第1～3方案均不能滿足建筑凈高的要求，第2,3方案不能達到上人屋面的要求，確定采用第4方案，該結構可滿足建筑凈高要求，綜合總價也相對較低。

結構布置見圖1。

2 現澆雙向空心樓板的設計與計算

2.1 設計荷載

恒荷載4 kN/m2,活荷載2 kN/m2。

2.2 截面參數選取確定

板長24.3 m，寬18 m，長寬比1.35，可按照雙向板要求進行設計。由于樓板跨度較大，截面高度選取一般由強度與撓度控制。中部空心板厚600 mm，周邊實心板厚700 mm；該空心板受力機理基本等同于實心板。板厚較大時，周邊梁柱支承構件多數達不到如普通樓板計算假定的完全固結邊界，設計建議板周邊約束梁寬不宜小于400 mm，梁高不宜小于2倍板厚。

鑒于多因素分析，大跨度雙向板的彎矩取值宜借助有限元軟件進行整體建模分析提取內力，分析時板應按照彈性板計算假定，板面荷載傳遞應采用有限元方式，這樣能夠真實考慮周邊梁柱約束的剛度，且可復核大板對支承柱的影響，避免不安全的隱患。建模時為方便計算，空心板厚宜按照抗彎剛度相等原則折算為實心板厚，但應注意自重的取值；或采用規范方法折算板材料彈性模量的等厚度實心板。經計算分析后，便可在分析結果中提取相關內力，復核配筋與撓度。

2.3 內力與配筋計算

1)根據截面選取，空心板厚為600 mm；上下翼緣板厚為100 mm；內置填充箱為700 mm×700 mm×400 mm,如圖1b)所示。

2)計算原則確定。

板厚600 mm，空心區域雙向肋寬與間距均相同，板肋間距950 mm，小于2倍板厚，上下翼緣板厚均為100 mm，可視為各向同性的樓板，可滿足規范規定的擬板法計算條件。由于該工程僅為單跨度厚板(長向兩端為普通樓板)，不能滿足規范經驗系數法的適用條件(連續板跨)。板內力計算通過整體有限元建模分析，考慮空間的周邊構件的實際抗扭剛度確定板在給定荷載下的內力。

3)等效荷載及折算剛度。

空心板計算單元可簡化為工字形截面(如圖1b)所示)，計算單元的截面慣性距I=1.337×1010mm4,折算成相同抗彎剛度的實心板厚h=553 mm，按相同剛度折算板厚計算時，需考慮將容重改為18 kN/m3(該空心板抵抗彎距的作用與同樣尺寸的實心板截面基本相同，下降約8%；相同自重折算厚度h=383 mm，自重減輕35%)。

4)有限元內力分析與截面復核計算有限元分析中假定彈性板設置，考慮真實支承梁柱面外約束。計算分析內力介于四邊簡支與固定范圍間，手工計算時無適用的表格。

參考《地基規范》基礎底板抗沖切承載力、受剪切承載力計算公式：

實心區域樓板抗沖切承載力[V]=53 268 kN≥Fl=7 462 kN，滿足規范要求；

空心區域樓板抗沖切承載力(僅考慮肋梁抗沖切)[V]=10 745 kN≥Fl=6 670 kN，滿足規范要求。

斜截面受剪承載力取不利段的空心區(抗剪僅考慮肋梁、未考慮箍筋及樓板)為例：

[Vs]=2 828 kN≥Vs=2 046 kN，滿足規范要求。

實心區及邊梁抗扭計算，抗扭剛度Wt=1.978 mm3×108mm3。篇幅限制，抗扭配筋等計算從略。

撓度變形計算：考慮空心效應與荷載長期作用影響的剛度，最大撓度值可減去起拱值。經計算最終撓度值為l0/474≤l0/300，滿足規范的限值。

3 構造措施與設計注意事項

1)超大跨度板設計時，根據受力特性要求，設計時需將周邊設置較大剛度的梁與一定寬度的實心板區(寬度不宜小于1.5倍板厚)，加強角部的配筋及實心范圍；提高梁對板的扭轉約束，板面有高差時應設斜坡段平緩過渡，避免應力集中。

2)板跨度較大時，構造肋梁的寬度不宜小于200 mm，并配置構造箍筋，荷載較大的空心區肋梁端部箍筋可適當加密，增加抗剪承載力。上下翼緣板鋼筋宜雙向貫通設置。

3)配筋時跨中區域宜適當乘以增大系數，增加縱筋減小撓度與裂縫。支承邊柱配筋應根據計算調整配筋。

4)等效為實心板設計時，空心板肋梁間距宜小于2倍板厚，上下翼緣的板厚不宜小于70 mm，雙向剛度宜相同或相差較小。

5)板四周不應開洞，避免局部扭轉效應過大以及應力集中。

4 經濟效益分析

1)降低層高，減小樓蓋結構高度，增加建筑凈高，較常規結構減小約100 mm～300 mm，降低樓層土建綜合造價約1.5%～2%。混凝土用量增加，但綜合成本有所下降。

2)無柱網空間布局分隔靈活，容易滿足建筑功能要求。

3)減少吊頂裝修，方便施工，節約模板，并可縮短施工周期。

4)全部為普通混凝土結構，使用期間維護成本較低。

5 結語

現澆混凝土空心樓蓋適用于大跨度、大荷載的樓屋面結構，跨度較大時也可采用預應力的空心板形式；該結構可提供開闊、平整、分隔靈活的大空間，有效提高了建筑品質，降低結構高度，節約成本與能耗，是一種值得推廣的新技術；同時隨著空心樓蓋技術的發展與完善，也會有更廣泛的應用。

本工程施工已完成實測變形小于計算值，使用情況良好。

參考文獻：

[1] JGJ/T 268—2012,現澆混凝土空心樓蓋技術規程[S].

[2] GB 50010—2010,混凝土土結構設計規范[S].

[3] GB 50011—2008,建筑抗震設計規范[S].

[4] 趙晉東.現澆混凝土蜂窩式空心雙向板樓蓋在工程中的應用[J].圖書情報導刊，2006，16(15)：277-278.