周建榮，張俊杰，葉芳，周增柱

（溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江溫州325000）

溫州國(guó)際會(huì)展中心展廳大跨空心樓蓋設(shè)計(jì)與施工

周建榮，張俊杰，葉芳，周增柱

（溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江溫州325000）

近年來(lái)空心樓蓋體系得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，而平時(shí)我們接觸更多的是單管空心樓蓋，對(duì)疊合空心管樓蓋的研究較少。疊合空心管樓蓋是無(wú)梁現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)體系的一種，該文以溫州國(guó)際會(huì)展中心展廳為例介紹了疊合薄壁空心管現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的特性、技術(shù)原理和具體施工方法和流程以及其中需要注意的問(wèn)題。

疊合空心管；GBF；空心板；折算剛度；板柱結(jié)構(gòu)

0 前言

隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展和使用功能要求的提高，無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。而現(xiàn)澆空心樓板是在現(xiàn)澆無(wú)梁樓蓋的基礎(chǔ)上，為了減輕結(jié)構(gòu)自重在樓板內(nèi)按照一定規(guī)則預(yù)埋輕質(zhì)空心內(nèi)模并澆筑混凝土而形成的一種無(wú)梁樓蓋體系?？招臉巧w結(jié)構(gòu)體系使得混凝土結(jié)構(gòu)采用大跨度的同時(shí)滿足承載力、撓度、裂縫等設(shè)計(jì)要求變?yōu)榱丝赡?。近些年?lái)由于建筑體型多樣化、人們對(duì)空間要求的提高以及工期和施工等其它因素的影響，現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)體系得到了較快的發(fā)展。

現(xiàn)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(yè)民用建筑中越來(lái)越受到關(guān)注。該文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)疊合現(xiàn)澆空心樓板的原理、設(shè)計(jì)和施工等方面進(jìn)行論述介紹。

1 工程概況

溫州國(guó)際會(huì)展中心展廳位于溫州鹿城區(qū)甌江路，建筑面積4.47萬(wàn)m2，其中地上展廳部位3.2萬(wàn)m2，地下一層，地上三層，局部設(shè)置夾層。上部結(jié)構(gòu)展廳部位典型柱距20 m×20m，采用無(wú)梁空心樓蓋結(jié)構(gòu)體系。展廳南北方向各有一跨為梁板結(jié)構(gòu)體系，柱距10 m×10m。三層樓面以下墻柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)度等級(jí)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(huì)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(shè)計(jì)構(gòu)造

2.1 空心樓蓋內(nèi)膜的選擇及構(gòu)造

為降低自重和提高空心率，初步選擇箱體空心內(nèi)膜。但是二層展廳跨度大、荷載重，采用箱體空心內(nèi)膜自重較大，而且工人搬運(yùn)內(nèi)膜很不方便，也較易損壞，施工存在困難，而且該項(xiàng)目工期較緊張。因此經(jīng)對(duì)施工技藝及工期、施工質(zhì)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(zhǎng)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(dòng)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(jiàn)圖2）；三層亦采用管徑300mm、管長(zhǎng)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(shè)計(jì)

空心樓蓋同常規(guī)實(shí)心樓蓋存在較大不同，無(wú)法直接建模形成，其各種參數(shù)需要經(jīng)過(guò)重新計(jì)算，按照?qǐng)D集《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋》05SD343附錄A中所示公式計(jì)算相關(guān)參數(shù)，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(shí)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(shí)心樓板的厚度，即擬梁法計(jì)算時(shí)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(shí)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(duì)空心樓蓋順管向和橫管向各參數(shù)分別計(jì)算，得到二層空心樓板的各參數(shù)如表1所示。

表1 二層空心樓板各參數(shù)

對(duì)于筒形內(nèi)膜現(xiàn)澆空心樓蓋，程文瀼[1]、譚磊[2]、楊曉華[3]等進(jìn)行了靜力和動(dòng)力縮尺模型實(shí)驗(yàn)研究，楊建軍[4]等進(jìn)行了豎向均布荷載作用下的足尺實(shí)驗(yàn)，張洪學(xué)[5]、顧沖[6]等進(jìn)行了理論分析和有限元計(jì)算。他們的相關(guān)實(shí)驗(yàn)和有限元分析結(jié)果表明：豎向均布荷載作用下，筒形內(nèi)膜的單向性并沒(méi)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(xué)全學(xué)友教授進(jìn)行了現(xiàn)澆混凝土筒芯空心樓蓋單向板受力性能試驗(yàn)[7]，結(jié)果表明：當(dāng)空心率小于35%時(shí)，順孔向板和橫孔向板的受力性能幾乎完全一致；當(dāng)空心率在35%～50%時(shí)，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(chǎn)生剪切破壞，是抗剪薄弱部位。重慶大學(xué)陳習(xí)[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(guān)，空心率很低時(shí)，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(jiǎn)化為按照順筒方向單向受力處理。同時(shí)橫筒向剛度不能簡(jiǎn)化成最薄弱部位的“二”字型截面計(jì)算，可按照順筒向剛度計(jì)算。該文內(nèi)部的布置使得空心板兩個(gè)方向剛度接近，因此采用順筒向的等效剛度計(jì)算是合適的。

考慮到二層跨度大、荷載重，因此亦采用ANSYS進(jìn)行了空心樓板的有限元受力分析進(jìn)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(jì)算避免奇異，對(duì)疊合空心樓蓋截面進(jìn)行簡(jiǎn)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(jīng)過(guò)分析，彈性計(jì)算時(shí)跨中撓度最大，達(dá)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(diǎn)和典型的柱支撐無(wú)梁實(shí)心樓板是一致的，呈現(xiàn)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(shí)心板進(jìn)行計(jì)算是可行的。

圖4 空心樓蓋變形圖和第一主應(yīng)力

圖5 空心樓蓋第二主應(yīng)力和第三主應(yīng)力

表1中已經(jīng)計(jì)算得到同空心樓板等效剛度的混凝土實(shí)心板厚為900mm，因此在整體計(jì)算時(shí)可以將空心樓蓋等效成同剛度的無(wú)梁實(shí)心樓板進(jìn)行有限元計(jì)算分析，并通過(guò)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(jìn)行等剛度計(jì)算。計(jì)算完畢后再根據(jù)有限元樓板計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋。需要注意的是，在整體計(jì)算過(guò)程樓板的荷載應(yīng)該進(jìn)行有限元導(dǎo)荷載，而非傳統(tǒng)梁板式結(jié)構(gòu)的導(dǎo)荷方式。樓板應(yīng)該選擇彈性板6的方式進(jìn)行計(jì)算，充分考慮樓板的面內(nèi)面外剛度。特別強(qiáng)調(diào)的是彈性板6計(jì)算的樓板配筋是采用900厚的板計(jì)算而得，同實(shí)際情況是有差別的，需要我們根據(jù)有限元內(nèi)力計(jì)算結(jié)果手算得出樓板配筋。如果對(duì)計(jì)算結(jié)果存有疑義，我們亦可采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法進(jìn)行手算，將手算結(jié)果和有限元分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比校核。手算方式可按照李國(guó)勝老師《多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理構(gòu)造》書(shū)中所寫(xiě)的進(jìn)行計(jì)算。

2.3 空心樓蓋配筋構(gòu)造

根據(jù)樓板有限元計(jì)算結(jié)果我們可進(jìn)行下一步的樓板配筋。由于二層樓板厚、荷載重，傳統(tǒng)肋部簡(jiǎn)單設(shè)置拉筋的方式不是十分合適，因此保守地對(duì)板肋進(jìn)行了加強(qiáng)，采用了套箍配筋的方式。其配筋方式詳見(jiàn)圖6。由于是空心管疊合的方式，導(dǎo)致肋部較高，因此采用了兩道拉筋拉結(jié)。

圖6 二層空心樓蓋剖面示意

項(xiàng)目中柱頂設(shè)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(nèi)力計(jì)算結(jié)果也會(huì)很大。此時(shí)柱帽區(qū)配筋也會(huì)較大，有時(shí)候配筋太大，難以施工，我們可對(duì)柱上板帶柱帽區(qū)進(jìn)行調(diào)幅，但調(diào)幅程度不宜太大（控制0.9以內(nèi)）。調(diào)幅后柱上板帶板底配筋會(huì)相應(yīng)增大。柱帽配筋方式可參照?qǐng)D7所示。

圖7 二層空心樓蓋柱帽配筋示意

對(duì)于疊合空心樓蓋的其他構(gòu)造措施同單管空心樓蓋是一樣的，可按照《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的采用。工程空心樓蓋的現(xiàn)場(chǎng)施工詳見(jiàn)圖8所示。

圖8 二層空心樓蓋現(xiàn)場(chǎng)施工圖

3 空心樓蓋施工及其要點(diǎn)

3.1 施工流程

混凝土現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)的施工與普通混凝土樓蓋相比并不復(fù)雜，由于項(xiàng)目采用疊合空心管的方式，因此施工時(shí)需要特別注意空心管的安裝及相應(yīng)的抗浮措施。其相應(yīng)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(diǎn)

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

（1）空心管在安放及預(yù)埋施工過(guò)程中，應(yīng)采取可靠的措施保證其位置準(zhǔn)確。

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

（3）在混凝土澆搗過(guò)程中，混凝土?xí)?duì)空心管產(chǎn)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(shè)置1根30× 5扁鐵，同時(shí)采用高強(qiáng)鐵絲穿過(guò)模板與抗浮支架連接牢固，防止空心管上?。ㄒ?jiàn)圖10）。施工中應(yīng)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(guò)程中應(yīng)采取有效措施防止水化熱的蓄積并做好養(yǎng)護(hù)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

該文介紹了空心樓蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合工程實(shí)例對(duì)疊合空心樓蓋的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了說(shuō)明。早先的研究也表明筒芯內(nèi)膜空心樓蓋具有雙向受力的特點(diǎn)，可按照等效成實(shí)心樓蓋進(jìn)行整體計(jì)算分析。文中也通過(guò)對(duì)二層疊合空心樓蓋的有限元分析驗(yàn)證了疊合空心樓蓋同單筒芯內(nèi)膜空心樓蓋一樣，呈現(xiàn)雙向受力特點(diǎn)，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(shí)心樓板計(jì)算也是偏于安全的。

計(jì)算后即可根據(jù)樓板計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jiàn)圖6所示。采用疊合空心樓蓋時(shí)，由于肋部高度加大，相較于普通單孔空心樓蓋，肋部穩(wěn)定性要差，對(duì)于荷載較大的情況下要特別注意肋部的加強(qiáng)。由于荷載較重，且可能承受沖擊荷載和動(dòng)荷載，因此該項(xiàng)目中筒肋采用了封閉箍筋的方式。

同時(shí)文中對(duì)疊合空心樓蓋的施工提出了需要注意的要點(diǎn)。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(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)。

[1]成文瀼，江韓，高仲學(xué)，等.圓管式無(wú)柱帽空心無(wú)梁樓蓋的試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2004，25（5）：78-84.

[2]譚磊，劉錫軍，丁時(shí)寶.水平荷載作用下空心板柱結(jié)構(gòu)等代梁計(jì)算寬度[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，40（7）：81-83.

[3]楊曉華，周朝陽(yáng)，何任遠(yuǎn).混凝土空心板柱結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性計(jì)算方法[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，40（7）：78-80.

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

[5]張洪學(xué)，張?jiān)讫?，白成?邊支撐現(xiàn)澆空心板設(shè)計(jì)計(jì)算與軟件實(shí)現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2006，36（3）：91-93.

[6]顧沖，傅晉申.現(xiàn)澆空心樓板橫筒方向等效厚度簡(jiǎn)化數(shù)值計(jì)算方法[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009，39（S2）：150-152.

[7]全學(xué)友，孫會(huì)郎，王巍.現(xiàn)澆圓形管空心樓蓋中單向模型板受力性能的試驗(yàn)研究[A].上海：全國(guó)現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會(huì)論文集[C]，2005.

[8]陳習(xí).現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋內(nèi)力分析與設(shè)計(jì)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2012.

責(zé)任編輯：孫蘇,李紅

新技術(shù)新材料

神奇的挖掘機(jī)鋼板“手套”

土方開(kāi)挖作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)可以說(shuō)是“利器”，但在基槽清理時(shí)，就有些“力不從心”了。其實(shí)，只須給挖掘機(jī)鏟戴一個(gè)“手套”，就能讓挖掘機(jī)再度變得游刃有余起來(lái)。在挖掘機(jī)的鏟端部位焊接一塊寬l0cm的光滑鋼板，長(zhǎng)度同挖掘機(jī)鏟長(zhǎng)，挖掘機(jī)倒退清十，施工人員及時(shí)抄平。

挖掘機(jī)清理后，工人跟著清理浮土、覆蓋塑料薄膜等后續(xù)工作。

1．適用范圍

（1）地基持力層為粘土層且含有砂漿，比較堅(jiān)硬，人工清理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，此方法可有效解決上述問(wèn)題。

（2）面積較大的基礎(chǔ)，如筏形基礎(chǔ)。

（3）如果為砂土層，清理效果也較為理想。

2．注意事項(xiàng)

（1）第一次挖土?xí)r要注意預(yù)留不小于20cm厚的土層，防止挖掘機(jī)碾壓擾動(dòng)基礎(chǔ)土層。

（2）土壤的含水率大小、土壤類別會(huì)影響清理后的效果。

3．經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

以教學(xué)樓(4000m)為例：人工清土費(fèi)用：20人×7d× 120元／d=16800元。使用挖掘機(jī)配合清土費(fèi)用：120元／h× l0hx3d+5人×3d×120元=5400元。采用本方法可節(jié)約工期4d，節(jié)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(lè)清人，研究生，工程師，主要從事大跨無(wú)梁樓蓋體系、超高層結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)以及大跨鋼結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)及研究工作。

doi：10.3969／j.issn.1671-9107.2017.03.047