商場結構設計中空心樓蓋的應用方法

陳 維 鐘

（福建建工集團有限責任公司，福建 福州 350000）

0 引言

隨著我國經濟的發展，空心樓蓋的應用越來越廣泛。空心樓蓋具有縮短工期、自重輕、抗震性能好、節約層高、可以任意布置隔墻等特點，同時具有保溫、隔熱及隔音等優點。應用這種結構在建筑中不僅可以有效地降低工程造價，還可改善結構的使用性能。本文通過對商場結構設計中空心樓蓋的特點進行分析，比較不同空心樓蓋的類型和應用方向，同時闡述了空心樓蓋施工質量控制方法。

1 建筑工程中空心樓蓋設計原理

混凝土由于其脆弱性及抗拉強度極低的特點，當承受較大載荷時，會發生脆性斷裂。鋼筋是一種耐拉、強度大、延伸性能好的可塑造材料。利用上述2 種材料的特性，可以顯著地提高機械受力性能。鋼筋混凝土在受拉構件應用中，由于其拉應力和壓應力大部分集中于樓蓋界面的下部和上部，會導致中部不同程度的抵抗力減小。如果在設計時可以減少中部的混凝土用量，設計工型、T 型、Ⅱ型的空心截面，能夠有效地節約混凝土的使用量，且自身重量的減輕有利于抗震性能的提升。

因此，可以采用現澆空心樓蓋來取代傳統實心樓蓋[1]。目前已有文獻通過實例與有限元計算，證明空心樓蓋與實心樓板計算方式不同，同時使用了計算分析軟件，對現澆混凝土空心樓蓋進行計算,主要選擇方法為“等代框架”和“擬梁法”。

2 空心樓蓋的特點

在進行現澆混凝土樓蓋施工時，通常應用井字梁板或主次梁。這2 種方法普遍存在吊頂費用高、隔音效果不理想、管線安裝不便利、施工耗時較長等缺點。為了改善上述缺點，當前已廣泛應用現澆混凝土空心樓蓋技術。空心樓蓋通常會應用于地下室無梁樓蓋，而當空心樓蓋應用于該施工領域時，通常采用的是無梁的結構類型。然而，事實上空心樓蓋具有多種結構類型，當其應用于地上抗震結構時，就會有所差異，一般都會在實際施工過程中以具體結構體系為依據，在主框架軸線上，布置與空心樓蓋板等厚的框架暗梁。

總體而言，現澆混凝土空心樓蓋技術的施工原理為：基于不改變厚板承載力前提下，使用高強薄壁管來替代之前所使用的厚板中部混凝土，目的在于減輕樓蓋自重，其主要優點如下。

1）可以在降低施工成本的同時，減少平模施工的耗時，且施工步驟較易操作。

2）具有良好的抗震性能。現澆混凝土空心樓蓋技術不僅能夠增加樓板整體剛度，還能通過抽空板內混凝土以減少自重。

3）可以明顯地增加保溫性和隔熱性，既降低了空調費用，也在很大程度上實現節能降耗。

4）現澆混凝土空心樓蓋技術的封閉空腔結構能夠在減弱噪音傳遞方面達到理想效果，從而使上下樓層不會在施工過程中受到撞擊噪音的干擾。

5）現澆混凝土空心樓蓋技術的房間內部是沒有吊頂的，因此可以在很大程度上降低關于吊頂方面的支出費用。

6）能夠更具靈活性地隔斷房間內部，因此可用于布置大開間。

7）降低300 mm～400 mm 建筑梁高，且能夠在保證不變動房間內凈高基礎上，在適當范圍內減少各種圍護結構與地下室開挖深度，從而完成對建筑層高的降低，在一定程度上也降低了縱向電、水管線、電梯、內外墻裝飾等費用，實現了對成本的節約。

8）空心樓蓋適用于現澆鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土的樓蓋、屋蓋、墻體、基礎底板及橋梁使用。空心樓蓋適用于辦公樓宇、倉庫廠房、地下車庫、立交橋、大型商場、學校教學樓及圖書館等大跨度的建筑；需靈活設置使用間隔或經常改變使用用途的建筑，如：賓館、娛樂場所、住宅、公寓等；采用集中式空調的建筑；有特殊隔音、保暖要求的建筑。

3 空心樓蓋的類型和選擇

3.1 以筒體、筒芯為內模的空心樓蓋

以筒體、筒芯為內模的空心樓蓋是把內膜和空心管或筒體依據一定的規則在混凝土上進行固定。同時, 這種鋼筋混凝土的空心樓蓋不必再鋪設地下水管，直接在現場進行澆筑。一般采用側支撐式樓蓋結構和柱支撐式樓蓋結構。此外,在放置空心管或筒體的內膜時，應選擇單向進行。如果使用空心管,必須嚴格控制長度，通常將長度控制在1 m～2 m,通過在管端設置合適的封頭, 既可以增加板材的受力性能，又能夠方便運輸固定。圖1 為空心板順管方向示意圖。

圖1 空心板順管方向示意圖（mm）

3.2 以塊體、箱體為內模的空心樓蓋

為改善空心樓蓋使用筒體和圓柱芯作為內模時產生的問題, 設計出了以塊體和箱體作為內模的空心樓蓋[2]。設計時，在板坯中,將塊體、箱體進行等間距排列，使2 塊板的剛度相等, 此方法具有成本低、耐火及隔音效果好等優點。

4 本工程樓蓋設計方案選擇

4.1 結構設計方案的選取

在本工程中，地下室場區具有以下施工難點：由于該區域地下水埋藏較淺，因此若遇到強降雨或長期降雨情況，則該區域大多數地段都會出現地表水體匯集現象。為此，施工時考慮到本工程地下室區抗浮水頭較高、建筑需有凈高等因素，最終在確認地下室頂板設計上，在人防區采用厚度為500 mm 空心樓蓋，在非人防區采用厚度為450 mm 空心樓蓋，以此來支撐空心樓蓋結構體系；另外，底板采用350 mm 防水板加抗拔樁體系滿足抗浮設計要求。

4.2 頂板構件布置

填充體采用自穩型抗滲內膜。地下室非人防區采用450 mm 厚暗梁空心樓蓋，空心率40.5%，柱間設置暗梁，暗梁寬500 mm；內模采用高250 mm×寬350 mm×長1 000 mm，擬橢圓筒芯內模Φ150 mm，標準內模長度1 000 mm，500 mm。地下室人防區采用500 mm 厚暗梁空心樓蓋，空心率43.2%，暗梁寬700 mm；內模采用高300 mm×寬350 mm×長1 000 mm，擬橢圓筒芯內模Φ150 mm，標準內模長度1 000 mm，500 mm。管間距橫筒為100 mm，順筒為70 mm。具體設計如圖2 所示。

圖2 頂板構件設計圖（mm）

4.3 頂板結構設計

地下室頂板室外覆土24 kN/m2，活載5 kN/m2，主要使用材料為C35 混凝土與HRB400 鋼筋。與此同時，為了確保頂板結構設計的合理性與科學性，本項目使用了盈建科（YJK）計算軟件進行頂板結構設計，設計的具體操作流程如下。

1）在建模時，不再使用普通梁，而是采用暗梁作為替代輸入；同時，要將專門來布置現澆空心板菜單裝置在樓板布置之中。

2）對于上部結構的計算，應用普通梁計算方式對暗梁進行計算即可；但在計算現澆空心板時，需應用的方式則為樓板有限元方式。在該計算結果確定后，要依據相關數據來明確空心板肋梁具體的內力值及配筋數量。

3）在確認板構件屬性過程中，為了更好地使梁和板中間節點可以緊密聯系且同時工作，需在設置現澆空心板樓板彈性板時，勾選出“梁與彈性板變形協調”這一參數選項。

4）選擇彈性板荷載計算方式時，有限元計算方式為最佳選項。因為該計算方式能夠保證所計算出的結果具有以下特征：①樓面允許活荷載設計值直接作用于樓板上；②板上荷載能夠導算到周邊桿件[3]。

4.4 與普通梁板方案經濟指標比較

普通梁板方案：地下頂板非人防普通樓蓋取板厚300 mm，主梁400 mm×800 mm；人防區取板厚300 mm，主梁400 mm×900 mm。地下室代表柱距為8.0 m×6.2 m。

市場價格：混凝土525 元/m2，鋼筋5.2 元/kg，模板普通樓蓋70 元/m2，空心樓蓋50 元/m2，頂棚粉刷45 元/m2，空心樓蓋施工指導及內模成本（市場詢價）157 元/m2，其經濟性對比具體見表1。

表1 各種樓蓋方案經濟性對比

以上僅對土建部分進行經濟比較，數據來源該項目預算部門及廠家提供的《××項目現澆混凝土空心樓蓋經濟分析建議方案》。未考慮降低層高帶來的節省土方、基坑、施工降水、外墻及外墻防水、豎向構件、各類豎向管(井)道等費用[4]。

4.5 質量控制

4.5.1 腳手架安裝

與普通實心樓蓋支架不同，現澆混凝土空心樓蓋模板支架搭建會在板跨度、板厚度等方面具有一定的特殊性，因此如果僅按照以往經驗來搭建，不僅會造成一定的安全隱患，還會在一定程度上浪費材料。針對此問題，可采取如下措施。

1）施工單位的技術人員要把控監理環節，需在進行受力分析的基礎上，方可確認立桿間距的具體數值，據此來計算出可支撐其中大橫桿間距，并將該間距數值代入木方斷面的計算中。

2）監理單位的監理工程師不能僅將這種監察作為一種形式，必須根據施工單位的計算分析報告進行相應的復核工作，在復核無誤的基礎上才可以展開施工。

4.5.2 線管盒定位

由于每個建筑的功能存在一定的差異，隨著其功能要求的差異，線管盒的預留、預埋的方式就存在不同。如商場建設中多有管線縱橫交錯的布置，要求在埋線時運用更多的技術。布置線管盒時應因地制宜，按照不同的建筑構筑形式采用最適合的布置方法，不能夠采取相同的方式，否則容易造成資源的浪費。

所以，在實際布置線管盒時，要嚴格遵循以下施工流程：①在樓板底模上放線定位；②重復檢查時，確保施工單位技術人員與土建技術負責人共同進行；③當確認檢查內容不存在誤差，則可以開始綁扎樓板底部鋼筋。

4.5.3 樓蓋底部保護層處置

通常情況下，在設計現澆混凝土空心樓蓋板底部鋼筋時，都會使用雙向鋼筋。施工時需要注意以下要點。

1）在綁扎板底部雙向鋼筋時，需嚴格遵循芯管布置圖的各圖示要求進行放線。

2）綁扎完成底部雙向鋼筋后，及時讓監理機構人員進行相關驗收工作，避免底部鋼筋因布置完成無法檢查而出現質量問題。

3）重視鋼筋綁扎工作，可以更好地奠定芯管在抗浮處理方面的良好基礎。

4）墊塊除了需堅實與牢固外，相互間位置還需要≤1 m，以更好地確保結構安全性。

4.5.4 混凝土準備及振搗

混凝土澆筑作為構建空心樓蓋的最后工序，對現澆樓板的施工質量具有直接影響，必須加以重視。

1）確保模板在驗收前內部沒有雜物。

2）為了避免施工人員或其他人員隨意行走或踩踏成型混凝土的芯管與鋼芯，設置混凝土輸送泵管與支架，使用定型馬凳對施工馬道進行搭設。

3）振搗環節通常都要使用平板振搗器或小直徑振搗棒等。

5 空心樓蓋發展方向

近些年，空心樓蓋的設計一直都由空心板模盒的廠家主導。由于工期緊張，設計院往往將該部分設計交由廠家設計后，設計院審核套簽出圖。但是廠家的技術水平參差不齊，其大多數技術人員不具有整體的結構概念，對計算結果的合理性和正確性不具備相應的判斷能力，致使存在安全隱患或造價遠遠高于傳統梁板結構的問題屢見不鮮。基于此，空心樓蓋的設計工作應該由設計院來做，并加強設計院的技術力量培訓，促進商場空心樓蓋結構的安全性和經濟性[5]。

不管是何種結構，都有一定的適用范圍。對于空心樓蓋來說，能實現經濟性的重要前提是在應用時以空心樓蓋所適用的范圍來確定的。在建筑工程領域，一般情況下，空心樓蓋適用在較大跨度或較大承受荷載的結構，此時會最大限度地發揮自身優勢。反之，如果所需應用的結構僅為一個小柱網結構，而在實際施工過程中不以實際需求為根據，使用空心樓蓋結構用以加大柱距，會導致出現不理想的結果。

一般來說，跨度8 m～12 m 為空心樓蓋經濟效益最大的跨度范圍。

在空心蓋樓的實際施工過程中，通常都會使用到含有大量封閉氣孔的泡沫混凝土這一新型輕質保溫材料，其作為常用的氣泡狀絕熱材料，能夠以在混凝土內部形成封閉的泡沫孔這一方式來使混凝土輕質化和保溫隔熱化。對于現澆混凝土樓板來說，在內部設置泡沫混凝土內模，能夠起到對樓屋面保溫的作用。此外，由于泡沫混凝土代替了部分混凝土，因此其不僅降低了樓板的自重數值，還能夠有效節省房屋的用鋼量。

當樓蓋的跨度較大時，僅應用空心樓蓋已不具有優勢，而若是將其與預應力結合使用，可使得樓蓋跨度范圍繼續擴大。但需要說明的是，大跨度預應力空心樓蓋結構與中間加柱的空心樓蓋相比，其經濟價值并不絕對。空心樓蓋在結構優化設計中也具有廣闊前景，當結構具有以下條件時，應考慮空心樓蓋的經濟可行性：①荷載較大時；②層高受到限制時；③有大跨度、大空間要求時；④有其他特殊使用功能要求時。

6 結語

空心樓蓋的應用越來越廣泛，其質量要求也受到了更多關注。本文從工程案例入手，分析了空心樓蓋結構的原理、特點和類型，并與普通梁板樓蓋相比，其具有降低層高，減少樓蓋混凝土的用量，減少自重，抗震性能好，隔音、隔熱等性能好。除此之外，由于空心蓋樓具備節約建筑材料、施工方便等特點，因此經濟效益較良好。在未來建筑行業的發展中，其將會有更廣闊的應用前景。