现浇混凝土空心楼板在实际工程中的设计与应用

李 志

(广东长圣建设集团有限公司，广东 河源 517000)

现浇混凝土空心楼板结构技术，是在施工过程中，在现浇楼盖混凝土之前，按照相应的设计要求，在板内部配置混凝土薄壁筒体构件，以形成空心板的结构体系[1]，是一种相对较新、受力合理的结构体系。因其能够克服预制楼板抗震性能差、施工通病多、使用局限大及传统现浇楼板结构自重大、房间跨度小和造价过高等缺陷[2]，能够实现大空间的灵活布置，而且节约了能耗，减轻了自重，提高了效率。近年来，广大科研工作者对其进行了试验、研究[3-4]，已在地下车库[5]和大跨空间[6]等处有所应用，但相对比例较少。

本文以一实际工程的地下车库为例，阐述了空心楼板的设计原理、施工流程及注意事项，为今后的相关工程设计和施工人员提供参考。

1 工作原理

运用相关弹性力学知识可知，对于大空间的楼板，其板厚远远小于实际的宽度，即可将其假定为四周固定的等厚薄平板，属平面应力问题范畴，即此时相对应的在板厚方向上不产生应力；再结合相关混凝土的基本原理，可以认为此时板产生的主要是竖直方向上的位移，可近似按受弯构件的模型来计算。

为了避免过度地采用大量混凝土而造成的资源短缺与生态破坏，并在满足大跨度大空间使用要求的前提下，保证足够的承载能力，由最大弯曲正应力公式σmax=Mmax/W(式中，W=I/ymax为横截面的弯曲截面系数；I为截面的惯性矩)，引进参数W/A，来反映相应的截面承载能力与结构本身自重的关系，并能够衡量截面形状的合理性与经济性，参数W/A比值愈大，结构截面越合理，经济性越好，常用结构截面的W/A数值见表1。

表1 常用截面的W/A数值

当截面高度相同时，工字型截面为最合理截面。混凝土空心楼板即是基于此原理，将混凝土薄壁筒体构件等间距的置入板内。通常在计算时，有单向板法与双向板法2种计算方法，为了克服单向板法计算时只考虑单向的受力，使另一方向按构造配筋相对薄弱而易于产生裂缝，通常都采用双向板法进行类似大空间的计算[7]。

取平行于板孔与垂直于板孔进行双向计算。当进行平行于板孔计算时，即可截取1个或几个孔距的板宽，并将实际的圆孔部分换算成等面积、等惯性距和等形心的矩形，由此剩余部分即折算成了工字形截面，其具体示意图如图1所示。

图1 空心楼板实际与等效截面图

设空心圆孔的直径为D，则按上述假定，结合相关力学与数学知识可得：

(1)

式1中其他参数的实际含义可参照图1所示。有关垂直于板孔的计算此时将板简化为若干个工字形截面的集合，方法与平行于板孔的计算方法类似。限于篇幅，此处不再赘述。

2 工程概况

本工程位于广东省河源市高新技术开发区，为广东省通讯终端产品质量监督检验中心宿舍楼工程。主体为框架结构，地上13层，地下1层。因设计的地下为大型的地下车库，供公司员工停车，兼做人防工程；地上为绿化、休闲、散步及运动场地，相对来说，地下室的面积较大，综合各方面的因素，采用空心楼板结构技术。地下车库柱网为8 100 mm×8 100 mm，按照功能的分区，分为五级人防区、六级人防区和非人防区，其板厚分别为600、550和520 mm，均采用空心楼板。五级人防区的空心薄壁管管径为400 mm；六级人防区和非人防区的管径均为350 mm。

3 施工方法

根据常用的施工工艺流程，现浇混凝土空心楼板的施工方法可以看作是基于普通混凝土楼板的施工方法，然后再增设道相对较为重要的工序，即空心管的铺设与管道的固定，而这2道工序是影响整个空心楼板施工质量与受力性能的主要影响因素[8]。参照普通混凝土楼板的施工方法，可以得到空心楼板的施工工艺流程为：安装模板，模板上放线(空心管与预埋管道)；板底钢筋、垫铁和垫块等的安装；排放薄壁空心管，抗浮钢筋和肋间钢筋的安装；板面钢筋的安装；混凝土浇筑、养护，并拆模。具体各钢筋及空心管的示意图如图2所示。

图2 空心管及板内钢筋布置图

3.1 空心管道选用

空心管道又称芯模，是空心楼板结构必不可少的材料。伴随着国家对空心楼板技术的重视及材料科学的发展，芯模也有了很大的发展。目前，常用的芯模有GBF薄壁空心管、GZ高分子合金芯模、LPM蜂窝式芯模以及新兴的充气橡胶芯模。综合各芯模的适用范围、造价和施工等方面的因素，选取广东某建材公司生产的GBF高强混凝土薄壁空心管。

3.2 芯模抗浮措施

在施工的过程中，由于空心管为由轻质材料制作而成的密封管道，一方面节约造价，另一方面自重相对较轻，对楼板整体有利；因此，在浇注混凝土时会出现因振动棒的振动和空心管本身的浮力(混凝土塌落度越大浮力就越大)而导致空心管带动楼板钢筋网上浮，空心楼板的施工过程中抗浮作为关键进行控制。为确保楼板钢筋网不整体上浮，采用12号铅丝，每间隔1 000 mm扣在面层钢筋交叉点，并穿过模板锚固在脚手架钢管上，以确保板钢筋网不整体上浮。为了保证钢筋的保护层厚度，在下层钢筋与模板间增加混凝土小垫块。在空心管道的下边放置直径为10 mm，间距为1 000 mm的管体支承筋；同时使用12号钢丝制成U形筋，绑扎在GBF管两端200 mm处，以形成整体，共同作为固定空心管道的保护筋，并与底板钢筋固定牢固。

3.3 施工质量控制要点

3.3.1 空心管的吊运、堆放与安装

GBF管运输到施工现场必须按照自上而下(以免滚滑发生危险)、轻拿轻放的原则卸车、搬运和叠堆，严禁抛掷，并采用特制的吊笼吊运。因管壁相对较薄，严禁使用缆绳直接绑扎，应直接起吊。

GBF管到现场后应尽量避免临时堆放和二次搬运，且堆放场地必须平整、干净，按规格型号分类平卧叠层堆放，两侧用木块限位，以免滚滑发生危险，堆放高度按照生产该产品的企业标准，应≤1 600 mm。

当模板安装，空心管的定位线确定，脚手架承载计算后，方可进行空心管的安装。为了增强楼板的受力性能，按照规范[8]的规定，将模板进行起拱，起拱高度为跨度的2/1 000～3/1 000。GBF管应逐肋铺设，铺放时应轻拿轻放，严禁踩在管上操作或行走。若GBF管固定后间距不符合设计要求，可用木棒或钢筋进行适当调整。如不慎造成了GBF管的破损，应对破损处用塑料布、水泥包装袋和封口胶带进行封补填塞， 孔洞较大时可先于孔内塞塑料布和水泥包装袋之类材料，以浇筑混凝土水泥浆不会进入管内为准。

3.3.2 混凝土的浇筑

混凝土的浇筑是决定空心楼板施工质量的重要环节，此时对GBF管的保护就变得格外重要。混凝土浇筑前，应对GBF管道再进行一次检查，以确保该管材是完好无缺的。泵管或相关施工工具，不可直接放置在空心管上，可将支承处设置在管间缝隙处；应控制下料，一次下料不易太猛、太多；当GBF的管径较大时，应当分2层浇筑，但第2次的浇筑时间应小于混凝土的初凝时间；应选择合理的混凝土浇筑顺序，即应沿平行于薄壁管的方向平等进行，切忌沿垂直管体浇筑。

3.3.3 混凝土振捣

混凝土在振捣时，宜采用焊钢片振动棒或者直径为30 mm的小振动棒，焊钢片振动棒如图3所示。

图3 带钢片振动棒简图

振捣时，先将插入式振动器在管间缝隙中振捣，不得直接接触薄壁管进行振捣，管间混凝土密实后，再使用平板振动器随振随平，随捣随抹。另外，在振捣的过程中，要密切注意GBF管是否有上浮现象，通常情况下，上浮发生在靠近梁边的位置处。如果发现有上浮现象，应及时进行处理。

4 空心楼板与现浇实心楼板成本分析

取柱网间距为8 100 mm×8 100 mm的地下车库顶板为单元，进行空心楼板与现浇楼板配筋及截面布置。参照相关荷载规范[9]进行荷载布置，设计车棚顶板可变荷载为4 kN/m2。现浇混凝土实心板按照北京建筑科学研究院开发的有限元软件PKPM进行计算，现浇混凝土实心板板厚取250 mm，框架梁为400 mm×1 000 mm，采用井字梁结构，一跨内为4道，截面为300 mm×800 mm，楼板配筋为二级钢14@200双层双向布置。空心楼板为520 mm厚，空心管管径选用350 mm。实心楼板与空心楼板的布置图如图4和图5所示。

图4 空心楼板布置图

图5 实心楼板布置图

按照一跨进行材料用量与工程造价的计算，则实心楼板与空心楼板材料用量及工程造价计算见表2和表3。此项计算未计入模板的损耗量，实心楼板的钢筋造价也未计入。综上计算所得，空心楼板在相同荷载设计下，每块单板造价低于井字梁实心板1 117.44元，造价降低11.2%。上述对比为直接费用，未进行间接效益的对比(如工期的缩短及人工费的减少等)。如果把钢筋的造价再计算入内，则其造价要远远超过空心楼板的用量。

表2 实心楼板混凝土与模板材料用量及材料造价表

表3 空心楼板混凝土与模板材料用量及材料造价表

由于空心楼板降低了钢筋混凝土楼板的总质量，其结构在设计过程中，对支承楼板的梁、柱和剪力墙等竖向承重构件的截面及配筋率相应的减小，总工程造价也降低；因此，空心楼板的造价要远低于实心楼板。在资源短缺、材料紧张、能源危机和强调可持续发展的今天，这显然是空心楼板的一大优势。

5 结语

本文从空心楼板的设计原理出发，分析了设计和施工中应注意的事项，并运用相关工程造价知识，对空心楼板与实心楼板的造价差异进行了对比分析。总体来看，空心楼板在设计上要比实心楼板略为复杂，施工中注意事项要多于实心楼板；但是与实心楼板相比，其工程造价也远远降低，且其具有良好的保温、隔声和轻质等方面特点。空心楼板能显著降低工程造价并能较大幅度降低结构自重，在社会的快速发展下，高层建筑和大空间大跨度结构建筑越来越多，以轻型材料为填充的现浇混凝土空心楼板技术将发挥越来越重要的作用。

[1] 倪江波，马克俭，张华刚. 现浇轻质填芯钢筋混凝土板柱结构试验研究[J].建筑结构学报，2003，24(2)：70-75.

[2] 郝建华. 论现浇混凝土空心楼板结构的优越性[J].合肥学院学报，2008，18(3)：63-65.

[3] 赵良华. 现浇混凝土空心楼板的研究与分析[D].西安：西安理工大学，2006.

[4] 张志伟，赵欣，孔丹丹. 新型钢筋混凝土空心楼板有限元分析[J].低温建筑技术，2011(10)：48-50.

[5] 丁锐. 现浇空心楼板技术在地下车库中的应用[J]. 科技资讯，2009(22)：54.

[6] 于海波，蒋俊丽. 现浇混凝土空心楼板的应用[J]. 塔里木大学学报，2005，17(2)：66-68.

[7] 王志云，陈昌平，程万鹏，等. 现浇混凝土空心楼板的结构计算与施工方法[J].大连大学学报，2009(3)：80-83.

[8] 中国工程建设标准化协会混凝土结构专业委员会. CECS 175—2004 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

[9] 中国建筑科学研究院. GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.