裝配式空腔密肋樓蓋應用技術研究

葉文杰 李昆霖 廖振坤 黃家程 劉安平

（深圳市天健建工有限公司，廣東 深圳 518031）

隨著城市更新速度的加快和人口的增多，傳統的現澆混凝土施工方法已經無法滿足現代建筑的需求。裝配式建筑作為一種新型建造方式，具有許多優點，如施工速度快、節能環保、降低施工成本等[1-3]。其中，裝配式空腔密肋樓蓋作為一種新型的樓蓋技術，與傳統的混凝土澆筑方式相比具有施工速度快、節能環保、降低工程造價等優點，在建筑工程中得到了廣泛應用[4-5]。李書進等[6]結合疊合樓板和空腔密肋樓板的優點，提出了一種新式雙向空腔密肋樓板，并對其在工程中的應用效果進行了分析；馮良慈等[7]對比了大跨度公共建筑中普通預制樓板和空腔密肋裝配式樓板的經濟性和施工質量，表明空腔密肋樓板施工方便，外觀質量較好，具有更高的經濟效益。

基于此，為了進一步分析建筑工程中空腔密肋樓蓋的應用效果，以英泰工業中心城市更新單元規劃學校為例，對裝配式空腔密肋樓蓋的優勢進行了總結，提出了空腔密肋樓蓋的關鍵施工技術，并通過數值模擬的方式計算了標準組合荷載和極限荷載情況下空腔密肋樓蓋的受力變形。

1 工程概況

英泰工業中心城市更新單元規劃學校位于深圳市龍華區，南臨英愛路，西臨愛義路，項目包括2 棟教學樓、1棟宿舍樓，教學樓共6層，高26.6m；宿舍樓共8層，高28.6m。項目占地面積為20146.8m2，總建筑面積為55767.33m2，建筑結構類型為框架結構、框架-剪力墻結構，基礎類型為獨立基礎、樁基礎，項目合同工期為1362d。根據《深圳市裝配式建筑發展專項規劃（2018-2020）》要求，本項目應按要求落實裝配式建筑，其中1棟A 座教學樓、1 棟B 座教學樓為教育類公共建筑，實施裝配式建筑。校方對多功能教室、舞蹈教室、計算機教室、音樂教室等區域有較高的凈空要求、跨度要求、美觀需求以及能任意分隔、方便布置不同功能的使用需求，基于上述兩點綜合考慮采用空腔密肋樓板技術。

2 空腔密肋樓蓋的應用

2.1 空腔密肋樓蓋技術原理

裝配式雙向密肋空腔樓蓋原理類似傳統密肋樓蓋技術，底部輕質高強混凝土底板代替模板澆筑混凝土。裝配式雙向密肋空腔樓蓋在樓蓋中的作用不僅作為免拆模板，可免支模，而且高強混凝土底板與樓蓋底板平齊，可充做肋間吊頂裝飾板，使密肋底部具有無明梁板的效果，其受力傳遞方式為：空腔板→板內肋梁→主梁→柱子。

2.2 空腔密肋樓蓋的技術優勢

本項目使用空腔密肋樓蓋盆模為GBF高注合金蜂巢芯，其主要由有機高分子樹脂組成，并通過合金改性以及特殊工藝加工制作而成，B2 級為盆模防火性能等級。底板由高強鋼絲（或鐵絲焊網）和無機膠凝材料組合制成，將底板GBF 高注合金蜂巢芯組成形成現澆混凝土密肋空腹樓蓋結構，其中底板規格尺寸為1100mm×1100mm，盆模規格尺寸為900mm×900mm。

采用GBF 裝配蜂巢芯空心樓蓋技術具有如下優勢：

（1）在空間上，可以做到大開間且無梁，實現空間的靈活性，同時由于GBF 空心樓蓋結構的蜂窩狀受力結構特點，能夠任意變更隔墻，滿足客戶個性化需求；方便后期砌筑隔墻及開洞處理，可以人性化排布通風管道和消防管道；統一吊掛掛件，節省安裝費用的同時美化空間；對于裝配蜂巢芯密肋板，間距不大于1.1m，即使做過粉刷，用敲擊方法也能準確確定暗肋的位置，因此吊掛方便。

（2）在功能上，封閉空腔結構使得樓蓋隔音性能優良，撞擊聲級為61db，適用于對隔音性能要求比較高的建筑。又因空心樓蓋的空腔為封閉空間，降低了熱量傳遞和散發，在一定程度上增大了建筑的隔熱保溫能力，適用于采用集中空調的學校、商場等公共建筑。

（3）在結構安全上，空心樓蓋的空腔減輕了結構自重，寬扁梁和柱帽實現了強柱弱梁、強剪弱彎和強節點弱構件的抗震概念設計，蒙皮效應提高了結構的安全儲備，具有優良的抗震性能。5.12汶川大地震中，震區上百棟采用蜂巢芯空心樓蓋技術的建筑屹立不倒，驗證了空心樓蓋的抗震性。

（4）在工程成本上，由于GBF裝配蜂巢芯空心樓蓋結構的傳力特點，使得主梁高度減小了0.3m～0.5m，提高了室內凈空，對于高層建筑每層可節省200mm～400mm的高度，能夠降低層高或增加凈高，甚至能增加樓層數，帶來了可觀的經濟效益。梁高度的減小也有利于水平管線及空調的安裝，減少材料的損耗，同時空腔密肋樓蓋減輕了樓蓋自重，降低了工程綜合成本。工程所用預制構件具有小型化、標準化、運輸、吊裝、施工簡便等特點，同時GBF 裝配蜂巢芯空心樓蓋技術的施工預制率高，工期縮減近30%，減少施工設備租賃費用和人工費用，降低施工企業建造成本。

2.3 空腔密肋樓蓋的應用

本項目空腔密肋樓蓋主要應用在1#教學樓地上主體2 層～6 層，空腔板共有1828m3；2#教學樓地上主體2層～6層，空腔板共有2200m3，1#教學樓具體部位如圖1所示。

圖1 1#教學樓空腔密肋樓蓋具體部位

由于水電線管要求安裝在肋梁內中部位置，因此，水電接線盒預埋前應在蜂巢芯底板開槽，面板厚度100mm 左右時，線管可適當在面板筋中間鋪設安裝。在預埋水電套管時，將主盒換成配套盒，留出套管預埋位置，并對邊角位置進行切割，避免管線橫穿樹脂空腔腔體，破壞腔體的整體性，影響結構受力。排布密肋梁負筋時應保證肋寬范圍內須有2 根筋的間距大于50mm，以便振搗棒可插入振搗，如圖2所示為現場實施效果。對支座面筋與密肋梁底筋排布進行優化，調整支座筋距離主梁邊、空腔腔體的布置，使節點處混凝土連接更緊密，也便于調整空腔模數排布。

圖2 空腔密肋樓現場實施效果

2.4 空腔密肋樓蓋具體施工方法

按照板厚可將空腔密肋樓蓋分為370mm 厚和420mm 厚兩種，底部混凝土板厚度為30mm，肋底部梁寬200mm，底板規格多為1100mm×1100mm，兩種板厚之間只有面層厚度不同，底板以及裝配式空腔的高度一致。在設置支撐時，板面立桿支撐大面按900mm×900mm進行布置，在肋梁與暗梁部位布設條形模板，條形模板每側伸出肋梁邊和暗梁的長度大于200mm，同時將木方設置在裝配式密肋空腔樓蓋底板中部進行加固，要求單個裝配式雙向密肋空腔樓蓋底板下部木龍骨支撐大于3根；裝配式雙向密肋空腔樓蓋底板受力鋼筋應搭放在條形模板上；在進行澆筑時，所用混凝土的坍落度和粗骨料粒徑分別大于180mm和30mm；通過振搗棒對面板混凝土進行水平拖動搗固，振搗時若需使用平板振動器，應選擇小型振搗器，功率為1.5kW時最佳。混凝土澆筑時應分層布料，首次布料厚度要小于板厚的1/2，且上下兩層澆筑振搗時間要在混凝土初凝時間以內。若必須在板頂架設混凝土泵管時，支撐應通過柔性材料進行緩沖支墊，如廢舊汽車輪胎等，支撐點位置宜居于縱橫向肋梁交匯點處或寬扁梁頂面處。

3 空腔密肋樓蓋的受力分析

為了分析空腔密肋樓蓋工作狀態下的受力情況，通過建立數值模型分析了370mm厚樓蓋在5.5kN/m2標準組合荷載下縱、橫向的應力變化趨勢。分別采用損傷模型和等向彈性模型對混凝土和鋼筋進行模擬，模型相關參數如表1所示。

表1 材料相關參數

圖3為標準荷載組合下空腔密肋樓蓋混凝土在縱、橫向上的等效應力變化趨勢，圖4為標準荷載組合下空腔密肋樓蓋底板在縱、橫向上的撓曲線變化趨勢。從圖4能夠得出，在5.5kN的荷載下撓度最大處位于樓蓋中部，達到4.72mm，而樓蓋四周撓度值基本為0。從圖3 中能夠得出，在5.5kN 的荷載下樓蓋混凝土應力最大處同樣位于樓蓋中部，達到1.46MPa，未達到混凝土壓應力極限值，樓蓋較為安全。除此之外，能夠發現樓蓋地板縱橫向撓度變化曲線、混凝土應力變化曲線基本重合，表示樓蓋縱橫向受力變形狀態相似，整體上樓蓋受力類型為雙向受力，有利于結構的安全性和穩定。在模型中持續施加豎向荷載至空腔樓蓋被破壞，得出空腔樓蓋荷載極限值為30kN/m2，表明空腔密肋樓蓋能夠承受的最大荷載為30kN/m2。除此之外，混凝土主要破壞區域位于空腔密肋樓蓋邊框梁和柱相交的位置，此時支座筋先到達屈服狀態，表明主體框架先發生破壞，樓蓋完整性較好。

圖3 標準荷載組合下空腔密肋樓蓋混凝土等效應力變化趨勢

圖4 標準荷載組合下空腔密肋樓蓋底板撓曲線變化趨勢

4 結語

以英泰工業中心城市更新單元規劃學校為例，對裝配式空腔密肋樓蓋的優勢進行了總結，并對其施工技術和受力變形進行了分析，主要得出以下結論：

（1）裝配式空腔密肋樓蓋能夠提高建筑的空間設計的人性化和靈活性、隔熱與隔音性，降低結構重量和工程成本，同時能夠縮短工期，提高工程質量。

（2）在標準荷載下撓度最大處位于樓蓋中部，達到4.72mm，樓蓋四周撓度值基本為0；樓蓋混凝土應力最大處同樣位于樓蓋中部，為1.46MPa，未達到混凝土壓應力極限值，樓蓋較為安全。

（3）樓蓋地板縱橫向撓度變化曲線、混凝土應力變化曲線基本重合，表示樓蓋縱橫向受力變形狀態相似，整體上樓蓋受力類型為雙向受力，有利于結構的安全性和穩定；空腔密肋樓蓋能夠承受的最大荷載為30kN/m2。