浅论现浇钢筋混凝土空心楼盖技术在教学楼中的应用

刘兴顺

(上海嘉隆建设发展有限公司，上海 201821)

1 工程概况

上海市民办桃李园实验学校新校区位于上海市嘉定区菊园新区树屏路，建筑总面积约为3.56万m2。本工程建筑抗震设防类别为重点设防类，抗震设防烈度为7度，按抗震设防烈度8度采取抗震措施。在该项目建造筹划阶段由于对技术指标、经济指标以及安全适用性等指标要求严格控制，又对教室以及多功能教室等的净空及天棚美观有较高的要求，所以经过业主方、设计方以及成本造价部门反复不断的讨论，最终采取现浇钢筋混凝土空心楼盖框架结构。该楼盖结构体系不仅能提供灵活的应用空间,而且还具有减轻结构自重、抗震性能好、增加楼板刚度、缩短施工工期、提高隔声效果、降低结构和装修造价等优点,其经济技术指标比其他类型的楼盖体系有明显的提高,完全符合该项目建造的初衷。

2 结构设计方法及计算分析

选取本项目1号楼的第三层楼板作为典型楼盖进行分析，其结构平面图以及典型空心楼板剖面图如图1、图2所示。

图1 三层空心楼盖平面图及结构布置图

图2 空心楼盖剖面示意图(400厚)

本层楼盖为现浇钢筋混凝土双向网格肋空心楼盖，板厚为400 mm，肋梁宽度取150 mm，内模箱体规格为850 mm×850 mm×240 mm，体积空心率为45.8%，该楼盖包括现浇钢筋混凝土纵肋和横肋、现浇钢筋混凝土框架梁，彼此构成网状正交的暗肋框架结构，从而提高了楼盖的整体性能、抗震性能和强度，减少楼盖厚度，减轻结构自重，传力途径明确。本工程设计软件采用中国建筑科学研究院开发的PKPM(2010版)系列，整体分析采用SATWE模块，楼板内力分析采用SLABCAD模块，箱模按DHJ增强1型聚苯填充内膜考虑，箱模自重不大于10kg/个。混凝土强度等级为C30，钢筋采用三级钢HRB400。设计时楼盖体系按照“空间等代框架”的原则进行有限元分析，柱与柱之间布置实心暗框架梁，实心暗梁与现浇空心楼盖上下翼缘紧密结合，形成加强的扁框架梁。将跨中板带简化成次梁模拟计算，等代梁的厚度采用等刚度折算后的板厚确定，因为该工程空心楼盖上翼缘板和下翼缘板厚度不一致，所以先求出截面形心位置，再求出惯性矩和抗弯刚度进行换算等代梁截面厚度。对于等代梁的宽度取值，由板带法设计楼盖的经验表明，水平荷载作用一般建议取两侧板宽的1/4，而竖向荷载时则取两侧板宽的各1/2，由于本工程竖向荷载作用是通过有限元方法计算出来的，所以与等代梁的宽度无关，等代梁的宽度只对SATWE整体计算有影响，因此，在程序计算中输入等代梁的宽度取两侧房间宽度的1/4。板带截面设计内力取SATWE的水平荷载作用下的内力结果和SlabCAD计算的竖向荷载作用下的有限元结果进行组合，得到板带的设计内力，再通过组合后的一组内力最大值进行配筋和相关验算。本工程选取X方向跨中板带和柱上板带的计算内力分析，如图3、图4所示。

图3 三层结构X方向跨中板带内力图

图4 三层结构X方向柱上板带内力图

通过计算分析表明空心楼盖结构具有可靠的安全度，因其厚度与边梁的高度相同，而宽度却有数米，所以其刚度比边梁要大，这在很大程度上提高了楼盖的整体性，具有优越的抗震性能。

3 施工方法及其原理

本工程现浇钢筋混凝土空心楼盖中，按等分间距在板中设置永久性DHJ增强1型聚苯填充内膜箱体(图5)，箱体之间纵横肋设置受力钢筋，并与板上、下层钢筋绑扎成整体。DHJ增强1型聚苯填充内膜箱体具有强度高、质轻、隔音隔热效果好、安装施工简便、对钢筋无锈蚀、造价低等特点。采用的DHJ内模箱体是整个楼盖最为特殊的组成部分，内模箱体的质量是保证混凝土浇筑后楼板空心率大小和结构受力性能的重要因素。

图5 DHJ增强1型聚苯填充内膜箱体

根据钢筋混凝土楼盖结构受力原理，力求节约楼板截面中间部分受力较小的混凝土，减轻结构自重，通过在楼板内埋置内模箱体，形成局部中空的空心楼板结构。施工中利用铁丝把内模箱体、板底筋、支模架体系紧密拉结在一起形成一个整体，解决DHJ内模箱体在混凝土浇筑中的抗浮问题。通过混凝土分层浇筑，并小幅增加混凝土流动性和限制粗骨料粒径，加强振捣，保证内模箱体底部混凝土的密实。通过本工法的抗浮技术措施，能有效阻止混凝土浇筑时内模箱体上浮，从而使工程结构质量得到很好的控制。

4 施工工艺流程以及技术控制要点

4.1 施工工艺流程

测量放线→安装模板→模板上划线定位→铺设抗裂钢丝网(φ≥0.9 mm@=20 mm×20 mm)→绑扎框架梁钢筋、密肋钢筋以及板底钢筋→预埋水电线管及竖向穿板管→内模箱体安装→绑扎板面钢筋→抗浮技术处理→钢筋、内模箱体隐蔽检查验收→采用泵送混凝土现场浇筑→用布料机将混凝土先注入肋梁中，用专用振动棒分别在内模箱体四周以及箱体下部振动→在贯通孔中用钩型工具向上掏钩振动抗裂钢丝网→再将混凝土注入内模箱体贯通孔，将振动棒插入贯通孔振捣→振动、平整板面混凝土→混凝土养护→达到强度要求后拆模。

4.2 施工技术控制要点

在DHJ内模箱体安装后，内模箱体与内模箱体之间、内模箱体底部与板底钢筋之间的间距都很小，浇筑混凝土时，如果一次将混凝土浇筑到板顶，就会导致板肋部位被混凝土掩盖，这样不但不方便振捣而且还使内模箱体下空气不易排出，而且还很容易造成内模箱体下混凝土振捣不密实，出现蜂窝、麻面甚至孔洞等质量问题。因此，控制好密肋的宽度和顺直以及DHJ内模箱体在混凝土浇筑中的抗浮问题是保证结构安全的技术条件，每层空心板混凝土浇筑的厚度和密实度，是确保混凝土施工质量的关键。在混凝土浇筑时需要保证混凝土有一定的流动性，尽可能减小坍落度，从而减少收缩裂缝。

根据《建筑施工计算手册》的规定，振捣混凝土时对水平模板产生的荷载标准值为2 kN/m2，因此，每个内模箱体向上的浮力等于振捣混凝土时对水平模板产生的反作用力为：

0.85 m×0.85 m×2 kN/m2=1.445 kN。

内模箱体上部混凝土的重力为：

0.85 m×0.85 m×0.06 m×25 kN/m3=1.084 kN。

每个内模箱体自重为：0.1 kN。

浮力计算：1.445-1.084-0.1 =0.261 kN

经计算得知，因DHJ内模箱体在混凝土浇筑振动中会产生较大浮力，造成内模左右位移和上浮，把楼板上排钢筋顶起，发生质量事故，所以在施工中采用14#铁丝将DHJ内模箱体与模板支撑系统绑在一起拧紧，使之成为一个抗浮整体。

为避免空心楼盖底板混凝土出现蜂窝、空洞、露筋，将泵送混凝土的水平管、转向接头、布料口支座和运送混凝土等物料的小车通道在DHJ内模箱体上架空安装铺设，禁止将施工机具直接压放在内模箱体上，施工人员不得直接踩踏板筋或内模箱体。浇筑混凝土时，应安排适量的木工与钢筋工，随浇筑作业及时修补、调整内模箱体与钢筋。布料与震捣应同步进行，震捣器端应直达到模板顶部，以保证内模箱体边密肋梁被充填饱满，无积存气囊、气泡。为防止内模箱体在浇筑混凝土时因两侧压力不平衡，造成平面位置窜动，在内模箱体之间采用定位短钢筋进行控制定位(图6)。浇筑混凝土空心楼盖时，第一次浇筑时下料不宜过多，过多时会造成内模箱体上浮力比较大。用振动棒在内模箱体的四个角以及箱体下部震捣，同时配以小直径振动棒在肋梁和内模箱体中间的孔洞振捣，确保下板和肋梁混凝土的密实。混凝土浇至设计标高时，用振动棒再进行振动，振捣时振动棒应插入肋梁中进行振捣，但不得扰动下部混凝土。

图6 DHJ内膜箱体与模板系统固定

由此工程的实际经验表明，采用本施工方法可以有效避免板底漏筋，控制板面平整度，缩短施工周期。经成本造价部门测算，空心楼盖结构体系较普通钢筋混凝土框架实心梁板体系节约钢材约12%，节约混凝土约25%，节省模板约15%，结构综合造价约降低5%，且空心楼盖整体成形质量好，使得结构形式更符合国家建筑环保、节约能源的要求，具有良好的经济效益和社会效益。

5 施工安全技术措施

在施工人员进入施工现场前，安排工人学习安全操作规程，认真做好安全交底，开好班前安全生产会。施工人员在进入现场时必须戴好安全帽，混凝土振捣工必须穿雨鞋，戴绝缘手套。施工现场严格执行各专业工种安全操作技术规程，各特殊技术工种必须持证上岗，机械设备必须专人专机。做好结构的临边防护及安全网的设置，施工中的楼梯口、预留洞口、出入口等应做好有效防护。泵管出口前方严禁站人，以防混凝土喷出伤人。现场照明电线必须架空，严禁在钢筋上拖拉电线。六级及以上大风、大雨天气停止施工。在本工程施工作业中，认真贯彻了“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，建立健全了施工安全保证体系，严格执行了安全生产的各种制度，杜绝了安全事故的发生，从而确保了工程的顺利竣工。

6 结束语

通过本工程的实际经验分析可知，现浇钢筋混凝土空心楼盖结构体系对改善建筑使用功能、拓展实用空间方面十分有利。该结构体系应用在建筑中，具有刚度大、变形小、抗震性能好等设计方面独特的优点；在施工方面具有施工简便、缩短施工周期以及降低综合造价等优势；在装饰方面既保温隔音又节能环保。所以其综合效益明显，适应当前社会发展的要求。