新型装配箱混凝土空心楼盖结构设计探析

张俊腾 曹文峰 尤文贵

(福建农业职业技术学院 福建福州 350119)

0 引言

传统的梁板式楼盖在中等跨度无层高限制的情况下，能够体现出优势，但是在较大跨度有层高限制的情况下，不利于管道的布设和建筑功能的使用[1]。而空心楼盖底部平整不需吊顶，内部的空腹部分可用于布设管道，降低建筑高度。新型装配箱混凝土空心楼盖属于典型的密肋结构具有刚度和承载力，相对于其他类型空心楼盖可有效节省混凝土工程量、钢筋工程量、模板工程量、抹灰工程量，进而有效减低工程造价[2]。该类楼盖采用工厂化的预制箱体，结合现场浇筑肋梁和楼面板现浇层，属于半装配式建筑[3]，近几年来被广泛应用于商场、地下车库、展览厅等建筑工程领域。在建筑结构设计方面，新型装配箱混凝土空心楼，因其结构的特殊性及设计理论和计算方法还不完善，盖在大型商场的应用不多，特别是结合工程实例的应用研究较少[4]。对于设计师而言，建筑结构体系的合理布置、动力分析，需要有扎实的理论基础和丰富的设计工程经验[5]。因此，本文结合长乐万星商场工程实例，分析新型装配箱混凝土空心楼结构设计过程中，结构体系的布置和动力特性的计算。

1 工程概况

本项目位于长乐区吴航路与爱心路交叉路口，总建筑面积134 629.72 m2，建筑基底面积10 921.40 m2。如效果图1所示，本项目由2栋建筑高度99.70 m的塔楼和一栋建筑高度23.80 m的裙房组成，共有2层地下室。本工程设防分类标准为重点设防类别，地处7度抗震设防烈区，应按7度计算地震作用，按8度采取抗震措施。1-5层为商场建筑面积约2.4万 m2，采用装配箱混凝土空心楼盖结构。楼面恒荷载为1.5 kN/m2，活荷载除了空调机房为7.0 kN/m2，其余商铺均为3.5 kN/m2。其中4层结构平面图如图2所示，沿着塔楼设置一道防震缝，防震缝左侧框架二级，防震缝右厕框架一级。

图1 商场效果图

图2 商场第四层结构平面布置图

2 结构动力特性计算分析

商场部分楼板需要开洞且楼板不连续，平面不规则最不利楼层为4层，共5个中庭，面积较大。中庭平面布置结合建筑使用功能尽量规则分散开，避免出现有效楼板宽度小于该层楼板宽度的50%的楼板局部不连续情况、凹凸不规则和出现过大的偏心。同时也能适当削弱中间墙柱的刚度减小扭转效应。

为避免开洞面积超过该楼层的面积的30%，而出现楼板局部不连续情况[6]，防震缝沿着塔楼和中庭设置，可有效减小开洞率和偏心作用。

基础采用桩筏型式，裙房部分经计算，需在筏板上加设抗浮锚杆。地下室顶板厚为250 mm,混凝土强度等级C30，采用双层双向不少于φ12@200钢筋。地下一层与首层侧向刚度比大于2，上部结构计算嵌固端设在地下室顶板处。为避免在地下室顶板大开洞，只保留一处较小的中庭，其余4个中庭均不通往地下室。

商场防震缝左侧部分采用YJK软件单独计算分析，根据计算结果对结构进行优化。优化步骤可依次从①刚度比→②刚重比→③层间受剪承载力比→④周期比→⑤振型参与质量系数→⑥剪重比→⑦位移角→⑧位移比的步骤，对整体计算结果参数按有关规范、规程进行控制与调整。各主要步骤优化过程方法如下：

(1)刚度比主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。若不满足规范[6]要求可适当降低本层层高和加强本层墙、柱或梁的刚度，或者适当提高上部相关楼层的层高和削弱上部相关楼层墙、柱或梁的刚度。

(2)刚重比：主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳。若不满足要求则说明结构的刚度相对于重力荷载过小，可调整改变结构布置，增设斜撑，加强墙、柱等竖向构件的刚度。但刚重比过分大，则说明结构的经济技术指标较差，宜适当减少墙、柱等竖向构件的截面面积。

(3)层间受剪承载力比主要为控制竖向不规则性，以免竖向楼层受剪承载力突变，形成薄弱层。若不满足可适当提高本层构件强度(如增大配筋、提高混凝土强度或加大截面)以提高本层墙、柱等抗侧力构件的承载力，适当降低上部相关楼层墙、柱等抗侧力构件的承载力。

(4)周期比主要为控制结构扭转效应[8]，减小扭转效应对结构产生的不利影响。如果不满足要求，说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小，结构扭转效应过大，只能通过人工调整改变结构布置，提高结构的扭转刚度。即加强结构外围墙、柱或梁的刚度，适当削弱结构中间墙、柱的刚度。

(5)计算振型数[7]应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。不满足时，应增加计算振型数。

(6)剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性。若不满足要求，可通过以下方法调整：当地震剪力偏小而层间侧移角又偏大时，说明结构过柔，宜适当加大墙、柱截面，提高刚度。

(7)位移角主要为控制结构的刚度，避免过度的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。只能通过人工调整改变结构布置，增设斜撑，加强墙、柱等竖向构件的刚度。

(8)位移比主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心，导致结构产生较大的扭转效应。只能通过调整改变结构平面布置，减小结构刚心与形心的偏心距。

以上8个步骤中，最难调整的3个指标往往是位移比、位移角和周期比。如图4～图5所示，结构计算时，将可将现浇肋梁简化为一个T型截面单元，预制装配箱的顶板和底板可作为现浇肋梁的受压翼缘，翼缘的有效宽度可取肋梁截面宽度与肋梁净距和 12 倍箱体顶板厚度两者中较小值之和。经过反复计算，调整结合经济指标和规范限值要求。优化后结构平面布置如图4所示，装配箱主肋梁和次肋梁高均采用400 mm，框架柱子截面尺寸大部分采用700 mm×700 mm，内部框架梁截面大部分采用300 mm×800 mm。为减小扭转效应，外围框架梁截面尺寸采用300 mm×1200 mm，在楼梯间处不采用装配箱混凝土楼盖，旨在刻意削弱该处的侧向刚度，有针对性地减小整体结构的扭转效应。最终3个指标的计算结果如表1和表2所示。

图3 装配箱混凝土空心楼盖构造示意图

图4 装配箱混凝土空心楼盖局部平面图

图5 装配箱混凝土空心楼盖剖面图

表1 多遇地震作用下层间位移比和位移角

表2 多遇地震作用下周期指标

3 装配箱楼盖基本构造和优化设计

装配箱混凝土空心楼盖是由预制箱体、现浇的梁和混凝土面层组成的密肋楼盖，基本构造如图3所示。装配箱的具体制作流程为：首先布置底板的分布钢筋，保证分布筋外伸出底板边缘一定距离；其次布置箱体侧板四角暗柱的暗柱筋，暗柱筋倾斜一定的角度，并且暗柱筋内的纵筋分别伸入上下板中，浇筑底板；然后布置侧板外模板，沿侧板四周内布置钢丝网，接着在箱体内放入减重块，作为箱体侧板的内模板；之后开始绑扎箱体顶板的分布钢筋，同时保证分布筋外伸出顶板边缘一定距离；最后整体浇筑，使之成型。现浇层采用C30混凝土，厚60 mm，双向单层φ6@200。由于楼盖与框架柱的节点区的负弯矩比较大，因此，在该区域的现浇层增配φ10@100负筋。预制箱体由顶板、底板和侧壁组成，其中顶板和底板的材料为C30钢筋混凝土，厚度均为50 mm，双向单层φ6@200，外伸钢筋锚入现浇肋梁长度不小于0.4LaE，而侧壁材料为防火玻镁板。预制箱体共5种平面尺寸(单位mm)：1000×1000、1000×700、700×700、700×500、500×500。

由于常规的预制箱体在浇筑混凝土时，会因为稳定性不足而发生预制厕板被挤压错位或者顶板滑落现象，本项目预制箱子在侧壁设置2根金属搁置件和8个紧固件，以保证箱体的稳定性，如图3所示。紧固件位于侧壁的四角，上下各4个共8个。防火玻镁板具有阻燃烧、吸声、强度高等特性，而且可钉可锯很容易通过以上措施加大预制箱体的稳定性，使预制箱体可搁置在现浇梁模板上，从而节约大量的模板工程量。

4 结语

装配箱混凝土空心楼盖应用在大型商场建筑较为复杂，本文通过有针对性的结构分析，得出结论如下：

(1)对于大型商场项目，结构设计师应该在方案阶段积极配合建筑专业进行方案初步设计，特别注意楼梯、中庭和防震缝的布置情况，因为这些对结构动力特性影响显著。

(2)装配箱混凝土空心楼盖在设计之时，应该考虑其对楼板刚度的影响。在计算整栋楼的结构动力特性时，可有针对性地选择某些部位，采用普通混凝土楼板，减小不利的扭转效应。

(3)通过一定构造措施，加强预制箱体的稳定性，不但可节省大量的模板工程量，还可提高施工速度和质量。