广西城乡规划设计院 广西南宁 530022
摘要：现浇混凝土空心楼盖是一种重要的结构体系，本文主要探讨现浇混凝土空心楼盖设计方法，旨在为相关工作者提供借鉴。
关键词：现浇混凝土；空心楼盖；设计方法
现浇混凝土空心楼盖具有空间灵活、自重轻、保温隔音、地震作用小以及施工及经济简便等特点，具有较好的应用前景，因此应加强对现浇混凝土空心楼盖结构体系的推广。近年来，我国相关工作者对现浇混凝土空心楼盖的受力特点、结构以及构造进行了深入研究，使得现浇混凝土空心楼盖结构体系得到推广，因此本文在此对现浇混凝土空心楼盖设计方法进行进一步研究。
1现浇混凝土空心楼盖的受力机理
与密肋楼板和井式楼板相比，现浇混凝土空心楼盖不同之处主要体现在以下两个方面：（1）几何构造方面。在现浇混凝土空心楼盖与密肋楼板及井式楼板相比，肋间板的跨度、截面尺寸以及肋在节点间的跨度都比较小，同时密肋楼板肋的间距是现浇混凝土空心楼盖的2-3倍，井式楼板的肋的间距是它的4-7倍。而与密肋楼板及井式楼板肋间板刚度应与肋的刚度之比相比较，现浇混凝土空心楼盖要大的多。通过对相关文献的分析和研究，若判断梁是否为板的刚性支承，要依据梁的刚度与板的刚度之比，若大于3.0，可以判断梁是板的刚性支承。因此在井式楼板中，若确定梁是板的刚性支承，密肋梁在中小跨度密肋板中接近刚性，此时梁与板的关系，可以判断为支承关系，并且认为楼板的传力途径，即荷载-板-梁合理。而对于肋和板支承关系在现浇混凝土空心楼盖中是不存在的。
（2）受力与变形性能方面。现浇混凝土空心楼板和密肋楼板及井式楼板，不仅在几何构造特点方面不同，同时在受力特点方面不同。在密肋楼板和井式楼板中，先将荷载传递给梁，梁在传给支座，其荷载传递给梁，主要通过梁肋间板的弯曲变形来实现，而肋间板的局部弯曲主要是因为肋间板的跨厚比较大，肋间板发生的变形，其变形与梁的变形不一致，梁作为板的支座，若梁发生弯曲，肋间板只能带动一部分。由于梁具有较大的特点，因此对其进行简化，使其成为杆件，对于节点的影响，能够将其忽略。这样就可以将密肋楼板或井式楼板当作交叉梁系。但现浇混凝土空心楼盖肋比较密，同时上部具有厚度比较大的实心板，其实心板是用肋来加强的。也就是说现浇混凝土空心楼盖受力特性相似于四边支承板，板下的交叉具有加劲肋的作用。
2现浇混凝土空心楼盖的类型
2.1以筒体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼板
该类混凝土空心楼板是按照一定的规则，将混凝土中的内膜以及空心管或者筒体固定到位，同时该类混凝土空心楼板不需要进行抽管，现场浇筑成形。一般情况下边支承楼盖结构和柱支承楼盖结构中。另外对于空心管或筒体内膜排列时，按照单向方式进行。若采用空心管，应严格控制其长度，一般适宜的长度在1m-2m之间，并在管端合理设置封头，这样不仅能够使板的受力性能有所增加，同时还便于空心管的运输和固定。目前常用的一种空心管，主要由三水泥、塑性玻璃纤维以及固化剂三种组成，该类空心管的管径在100mm-500mm之间，壁厚为5mm-10mm，截面可为圆形、方形以及正方形，该类空心管具有较多的优点，包括水密性好、强度高以及价格低等。但是也存在缺点，表现空心率低，而且体积大，运输以及堆放都比较不便。以筒体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼板在工程中应用的较为广泛，例如大连雍景台主体工程、湘潭市某中学科技楼等，都采用了以筒体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼板，并取得较好的效果。
2.2以块体、箱体为内模的现浇混凝土空自楼板
为了解决以筒体、筒芯为内模的现浇混凝土空心楼板出现的问题，研发了以块体、箱体为内模的现浇混凝土空心楼板。在设计过程中，采用正方形的块体以及箱体内膜的平面，在现浇混凝土板中，应按照等间距的方法进行块体以及箱体内膜平面的布置，以此保证板双向刚度相等，而且混凝土板中的肋的截面尺寸相对较小，因此空心率会较大。另外为了解决内模抗浮的问题，应保持块体以及箱体内膜与板底面齐平。块体、箱体内膜主要分为以下几种类型：（1）塑料薄壁盒。这种内模主要由两部分组成，一部分为曲面顶盖，另一部分为正棱台形空心盒体。分开顶盖和盒体，这样对生产、堆放以及运输较为有利。盒的顶盖为双曲抛物面形，内表面存在许多纵横肋，在顶盖上形成薄壳，能够防止楼板被压坏。（2）BDF薄壁箱体。BDF薄壁箱体是一个封闭箱体，该箱体的顶部为凸出曲面，而且盒盖与盒身没有进行区分。该箱体的高度在120mm-400mm之间，长宽尺寸在500mm-700mm×700mm-500mm。同时采用手工制作方式，进行BDF薄壁箱体的施工，材料为快硬硫铝酸盐水泥，并且要夹耐碱的玻璃纤维网格布。该箱体具有成本低、防火性能的优点，缺点在于自重较大。（3）BDF薄壁组合箱体。BDF薄壁箱体主要由四个小箱体组成，将圆柱孔设置在箱体中央，壁厚为5mm-12mm，在大跨度的现浇混凝土空心板中，比较常用组合箱体。（4）BDF钢网箱。BDF钢网箱构件保证按设计要求成孔空腔楼盖，客服现有技术存在的抗浮‘隔离、位移、破损、质量、防火及生产、运输、施工繁琐等缺陷；BDF钢网箱构件成孔的空心楼盖技术保温、隔热、隔音效果好。BDF钢网箱构件成孔的空心楼盖技术在荷载作用下具有良好的整体性、空间刚度和很高的承载力，BDF钢网箱构件成孔的空心楼盖技术将成孔的钢网箱再重复利用，形成结构性的循环管道，采用取之不尽、用之不竭的太阳能和其他新能源转换成热风能取暖，加强了对资源的节约与环境的保护及BDF钢网箱构件。
3现浇混凝土空心楼盖的设计方法
对于现浇混凝土空心楼盖结构设计是对早期实心板无梁楼盖设计思想进行一定的延续，在早期无梁楼盖设计过程中，受到了技术条件的限制，实际上采用梁式结构的设计方法，这种方法首先要对板进行划分，使其成为柱上板带和柱间板带两个部分，同时还应采用合理的方法，对柱间主、次梁的内力进行计算，并以此根据，合理进行配筋和构造。现阶段，对于柱间实心板带和空心板之间存在的刚度具有一定的差异，在对空心板无梁楼盖结构进行设计时，对于这一差异较为注重，在计算以及配筋过程中，也按照梁板结构的方式进行。本文主要针对一种新的结构型式的设计计算进行研究。
3.1现浇混凝土空心楼盖设计的一般要求
（1）四边支承型式现浇混凝土空心楼盖较为适宜。（2）对于现浇混凝土空心楼盖，周边支承应采用方形或矩形。（3）不应将内模布置在楼板内较大集中静力荷载的部位，同时不应将空心楼板应用在承受较大动力荷载的板。（4）在现浇混凝土空心楼盖设计中，应做好空心盒的排盒设计，其长边应与受力较大方向平行，同时按照从跨中向四边，合理进行平面布置。（5）对于空心盒壁板以及棚板，不应将其计入现浇混凝土空心楼盖结构计算尺寸中。（6）在对多跨连续双向板进行计算时，按照最不利情况，布置可变荷载，并对其进行折算，并按照折算荷载情况，确定板的固定或简支支座。（7）在对楼板内力进行计算时，可以通过对弹性理论来进行。
3.2现浇混凝土空心楼板设计方法研究
3.2.1截面设计
（1）对空心板厚度的设计，在现浇混凝土空心楼楼板设计过程中，应按照,计算高跨比，其中h和l分别表示为空心板厚度和短向计算跨度。（2）对空心板截面有效高度进行设计。与跨中弯矩长跨方向相比，短跨方向要大，因此设置短跨方向的受力钢筋时，其位置应在长跨方向受力钢筋的外侧，进行使板的有效高度能够得到充分利用，对短跨方向和长跨方向的h0进行估计时，其公式为，短向公式为h0﹦h-20mm，长向公式为h0﹦h-20mm。
3.2.2排盒设计
在现浇混凝土空心楼盖设计过程中，采用的为矩形内模，因此在矩形板中，布置空心盒，不仅对楼板的内力分布具有影响，同时还对承载能力具有影响。在布置空心盒时，应遵循以下几项原则：（1）对于现浇混凝土空心楼盖，在两个方向设置肋，其一个方向间距为300mm，另一个方向的间距为600mm，在空心板两侧，平均分配剩余长度。（2）按照从跨中到四边进行平面布置。（3）空心盒长边方向与受力较大方向平行。
3.2.4内力计算
现浇混凝土空心楼盖的计算方法目前主要为拟梁法、直接设计法、等代框架法和有限元计算法。
（1）拟梁法
拟梁法是将现浇混凝土空心楼盖按刚度等效的原则等代成双向交叉梁系进行内力分析的一种简化方法，在分析中忽略了拟梁之间的剪切和扭转影响。一般区格板内的拟梁数量在各方向上不宜少于5个。
a、边梁等效：将边梁等效为倒“L”型梁，边梁的翼缘宽度为明梁宽度加上明梁边留有的实心板带宽度。
b、内框架梁的等效：取暗梁的实际尺。
c、交叉梁等效：将筒芯板沿跨度方向等效为5根梁。
（2）直接设计法设计分析
采用直接设计法进行内力分析，应按纵、横两个方向分别计算，且均应考虑全部竖向均布荷载的作用。计算板带为支座中心线两侧以区格板中心线为界的板带。以上计算得到的纵、横两向的截面总弯矩，再将其按各自的分配系数分配可得到各自控制截面的设计值。
（3）等代框架法
等代框架法是将整个结构分别按纵、横方向，划分为由若干纵向与横向梁组成的交叉梁系，与柱子形成空间框架，利用现行的空间分析程序，进行结构的设计计算。
a、等代梁的宽度：
在竖向均布荷载作用下，等代梁的宽度为柱轴线两侧区格板中心线之间的距离（或）在水平荷载作用下，等代梁的宽度为计算方向轴线跨度的3/4（或）及柱轴线两侧区格板中心线之间的距离（或）与垂直于计算方向柱冒宽度之和的1/2两者中的较小值。
b、等代梁的高度：一般取板厚。
（4）有限元法
有限元法是根据现浇混凝土空心楼盖的平面尺寸，将浇混凝土空心楼盖划分成若干细小的单元，建立有限元模型，完成单元网格划分。用壳单元有限元程序进行处理分析，并以各单元之间的变形协调为前提，最终得到分析结果。计算结果真实可信，应为工程设计的主要依据。
3.2.5配筋计算
现浇混凝土空心板截面中，有长跨方向和短跨方向的弯矩，并分别将其设置为x、Y， 并求得相关系数，然后进行配筋计算。计算时，按照钢筋混凝土正截面受弯构件进行计算，应满足下列公式：
在上述式子中，ξ为混凝土相对受压区高度，ξb为界限相对受压区高度；ρ为纵向受拉钢筋配筋率;ρmin纵向受拉钢筋最小配筋率。
4现浇混凝土空心楼盖的构造要求和施工建议
4.1构造要求
（1）现浇混凝土空心楼盖构造中，应采用不低于C30的混凝土，可以采用两种级配的钢筋，一种为HRB335级别的钢筋，另一种为HRB400级的钢筋。（2）对于对于跨高比，应满足下列要求：应严格控制单向空心楼盖和双向空心楼盖的跨高比，分别不大于25和30；一般情况下，短边跨度超过12m，应采用预应力空心楼盖。（3）混凝土空心楼盖钢筋布置要求：肋中负弯矩区域应配置小于5mm、且间距在200mm内的箍筋；面板采用直径4mm以内、且间距200mm的钢丝网；肋中合理布置纵向受力钢筋，同时还应严格其保护层厚度，一般应在20mm范围之内。（4）应采用专门的构造钢筋，设置在现浇混凝土空心楼盖角部。对于纵向钢筋的相关尺寸，无论是最小配筋率，还是温度收缩钢筋构造，都应满足规范要求。（5）在布置钢筋时，应对现浇混凝土空心板的两个方向进行划分，可以使其形成三个板带。边板带和中间板带分别为塑性绞线的“回”字形区域和“井”字形区域。（6）应适当加强边肋，在实际布置过程中，它可能会承受较大荷载，因此与中间肋的配筋相比，边肋的配筋要与其保持一致，或者应大于其配筋。（7）在空心板中，应留设洞口，同时应合理确定轮廓尺寸，一般应在150mm范围之内，同时在布置时，应注意避开肋板中的钢筋。洞口轮廓尺寸的不同，还应注意现浇混凝土空心板的布置，当轮廓尺寸在150mm-400mm之间时，不仅要局部加强板和肋之间的配筋，同时还应加强洞口周围的配筋。当轮廓尺寸为400mm时，要合理的设置次梁。（8）对于支板支座处的负弯矩，可以使跨中正弯矩钢筋弯起，一般需要弯起1/3-1/4，这样才能够承受。同时在承重墙内，应进行板的嵌固，应合理布置支座处的上部构造钢筋，一般应大于φ6@200。（9）在大跨的钢筋混凝土结构中，经常使用现浇混凝土空心楼盖，在设计过程中，为了提高板的承载能力，不能在板的负弯矩区域内布置内模，而是要采用实心板。同时由于跨度不断增大，若采用的周边实心板的厚度，与空心区域厚度相同，其承载力达不到相关规定的要求，因此可以增加周边实心板的厚度，以此提高板的承载力。
4.2施工建议
（1）排布内模
在现浇混凝土空心楼盖施工过程中，应首先进行板底和肋的钢筋绑扎，完成后，才进行内模的排布，应注意禁止对内模进行踩踏。同时应及时更换破损严重的内模。若内模出现局部破损的情况，可以利用编织布、水泥砂浆进行修补。
（2）内模的固定
对于现浇混凝土空心楼盖中，在布置内模时，其侧面应为竖直面，这样可以避免抗浮问题的发生。同时布置内模时，应使其在水平位置固定好，可以采用的方法主要有三种，第一种是进行肋内混凝土的浇筑，第二种可以将水平短钢筋布设在肋内箍筋，第三种可以将水泥砂块设置肋外侧，以此达到固定内模的目的。
（3）混凝土的施工。在混凝土施工过程中，泵送商品混凝土较为适合，对于石子的粒径，应严格的控制，最大粒径为25mm，同时还应严格控制坍落度，一般应大于160mm，在混凝土中，主要采用肋内布料。在混凝土浇筑过程中，还应加强混凝土的振捣，保证一次振捣成型，一般情况下使用的振捣设备有两种，一种为振捣棒，另一种为平板式振动器。对于空心盒体，应避免振动棒直接接触。
（4）施工工艺流程。在现浇混凝土施工过程中，应按照一定的施工工艺流程进行，首先应进行楼板底模的合理安装，并将弹线设置在楼板底模上，之后确定安装位置，包括空心盒的位置、预埋水电线管盒位置。其次进行钢筋的绑扎，并进行水电线管盒以及竖向穿板套管的预埋，并将内模进行固定、绑扎，最后对架空马道进行铺设，并将杂物清除干净，最后进行混凝土浇筑和养护。
总结：
总之，随着我国科学技术的不断发展，施工技术水平越来越高，采用现浇混凝土空心楼盖，可以提高空心板的承载力，保证结构质量，通过研究发现现浇混凝土空心楼盖适用于大跨度、大空间的建筑中，可以产生良好的效果，因此未来还应不断加强现浇混凝土空心楼盖的推广。
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论文作者:满明春
论文发表刊物:《基层建设》2017年1期
论文发表时间:2017/4/11
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