商场结构设计中空心楼盖的应用方法

陈 维 钟

（福建建工集团有限责任公司，福建 福州 350000）

0 引言

随着我国经济的发展，空心楼盖的应用越来越广泛。空心楼盖具有缩短工期、自重轻、抗震性能好、节约层高、可以任意布置隔墙等特点，同时具有保温、隔热及隔音等优点。应用这种结构在建筑中不仅可以有效地降低工程造价，还可改善结构的使用性能。本文通过对商场结构设计中空心楼盖的特点进行分析，比较不同空心楼盖的类型和应用方向，同时阐述了空心楼盖施工质量控制方法。

1 建筑工程中空心楼盖设计原理

混凝土由于其脆弱性及抗拉强度极低的特点，当承受较大载荷时，会发生脆性断裂。钢筋是一种耐拉、强度大、延伸性能好的可塑造材料。利用上述2 种材料的特性，可以显著地提高机械受力性能。钢筋混凝土在受拉构件应用中，由于其拉应力和压应力大部分集中于楼盖界面的下部和上部，会导致中部不同程度的抵抗力减小。如果在设计时可以减少中部的混凝土用量，设计工型、T 型、Ⅱ型的空心截面，能够有效地节约混凝土的使用量，且自身重量的减轻有利于抗震性能的提升。

因此，可以采用现浇空心楼盖来取代传统实心楼盖[1]。目前已有文献通过实例与有限元计算，证明空心楼盖与实心楼板计算方式不同，同时使用了计算分析软件，对现浇混凝土空心楼盖进行计算,主要选择方法为“等代框架”和“拟梁法”。

2 空心楼盖的特点

在进行现浇混凝土楼盖施工时，通常应用井字梁板或主次梁。这2 种方法普遍存在吊顶费用高、隔音效果不理想、管线安装不便利、施工耗时较长等缺点。为了改善上述缺点，当前已广泛应用现浇混凝土空心楼盖技术。空心楼盖通常会应用于地下室无梁楼盖，而当空心楼盖应用于该施工领域时，通常采用的是无梁的结构类型。然而，事实上空心楼盖具有多种结构类型，当其应用于地上抗震结构时，就会有所差异，一般都会在实际施工过程中以具体结构体系为依据，在主框架轴线上，布置与空心楼盖板等厚的框架暗梁。

总体而言，现浇混凝土空心楼盖技术的施工原理为：基于不改变厚板承载力前提下，使用高强薄壁管来替代之前所使用的厚板中部混凝土，目的在于减轻楼盖自重，其主要优点如下。

1）可以在降低施工成本的同时，减少平模施工的耗时，且施工步骤较易操作。

2）具有良好的抗震性能。现浇混凝土空心楼盖技术不仅能够增加楼板整体刚度，还能通过抽空板内混凝土以减少自重。

3）可以明显地增加保温性和隔热性，既降低了空调费用，也在很大程度上实现节能降耗。

4）现浇混凝土空心楼盖技术的封闭空腔结构能够在减弱噪音传递方面达到理想效果，从而使上下楼层不会在施工过程中受到撞击噪音的干扰。

5）现浇混凝土空心楼盖技术的房间内部是没有吊顶的，因此可以在很大程度上降低关于吊顶方面的支出费用。

6）能够更具灵活性地隔断房间内部，因此可用于布置大开间。

7）降低300 mm～400 mm 建筑梁高，且能够在保证不变动房间内净高基础上，在适当范围内减少各种围护结构与地下室开挖深度，从而完成对建筑层高的降低，在一定程度上也降低了纵向电、水管线、电梯、内外墙装饰等费用，实现了对成本的节约。

8）空心楼盖适用于现浇钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土的楼盖、屋盖、墙体、基础底板及桥梁使用。空心楼盖适用于办公楼宇、仓库厂房、地下车库、立交桥、大型商场、学校教学楼及图书馆等大跨度的建筑；需灵活设置使用间隔或经常改变使用用途的建筑，如：宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等；采用集中式空调的建筑；有特殊隔音、保暖要求的建筑。

3 空心楼盖的类型和选择

3.1 以筒体、筒芯为内模的空心楼盖

以筒体、筒芯为内模的空心楼盖是把内膜和空心管或筒体依据一定的规则在混凝土上进行固定。同时, 这种钢筋混凝土的空心楼盖不必再铺设地下水管，直接在现场进行浇筑。一般采用侧支撑式楼盖结构和柱支撑式楼盖结构。此外,在放置空心管或筒体的内膜时，应选择单向进行。如果使用空心管,必须严格控制长度，通常将长度控制在1 m～2 m,通过在管端设置合适的封头, 既可以增加板材的受力性能，又能够方便运输固定。图1 为空心板顺管方向示意图。

图1 空心板顺管方向示意图（mm）

3.2 以块体、箱体为内模的空心楼盖

为改善空心楼盖使用筒体和圆柱芯作为内模时产生的问题, 设计出了以块体和箱体作为内模的空心楼盖[2]。设计时，在板坯中,将块体、箱体进行等间距排列，使2 块板的刚度相等, 此方法具有成本低、耐火及隔音效果好等优点。

4 本工程楼盖设计方案选择

4.1 结构设计方案的选取

在本工程中，地下室场区具有以下施工难点：由于该区域地下水埋藏较浅，因此若遇到强降雨或长期降雨情况，则该区域大多数地段都会出现地表水体汇集现象。为此，施工时考虑到本工程地下室区抗浮水头较高、建筑需有净高等因素，最终在确认地下室顶板设计上，在人防区采用厚度为500 mm 空心楼盖，在非人防区采用厚度为450 mm 空心楼盖，以此来支撑空心楼盖结构体系；另外，底板采用350 mm 防水板加抗拔桩体系满足抗浮设计要求。

4.2 顶板构件布置

填充体采用自稳型抗渗内膜。地下室非人防区采用450 mm 厚暗梁空心楼盖，空心率40.5%，柱间设置暗梁，暗梁宽500 mm；内模采用高250 mm×宽350 mm×长1 000 mm，拟椭圆筒芯内模Φ150 mm，标准内模长度1 000 mm，500 mm。地下室人防区采用500 mm 厚暗梁空心楼盖，空心率43.2%，暗梁宽700 mm；内模采用高300 mm×宽350 mm×长1 000 mm，拟椭圆筒芯内模Φ150 mm，标准内模长度1 000 mm，500 mm。管间距横筒为100 mm，顺筒为70 mm。具体设计如图2 所示。

图2 顶板构件设计图（mm）

4.3 顶板结构设计

地下室顶板室外覆土24 kN/m2，活载5 kN/m2，主要使用材料为C35 混凝土与HRB400 钢筋。与此同时，为了确保顶板结构设计的合理性与科学性，本项目使用了盈建科（YJK）计算软件进行顶板结构设计，设计的具体操作流程如下。

1）在建模时，不再使用普通梁，而是采用暗梁作为替代输入；同时，要将专门来布置现浇空心板菜单装置在楼板布置之中。

2）对于上部结构的计算，应用普通梁计算方式对暗梁进行计算即可；但在计算现浇空心板时，需应用的方式则为楼板有限元方式。在该计算结果确定后，要依据相关数据来明确空心板肋梁具体的内力值及配筋数量。

3）在确认板构件属性过程中，为了更好地使梁和板中间节点可以紧密联系且同时工作，需在设置现浇空心板楼板弹性板时，勾选出“梁与弹性板变形协调”这一参数选项。

4）选择弹性板荷载计算方式时，有限元计算方式为最佳选项。因为该计算方式能够保证所计算出的结果具有以下特征：①楼面允许活荷载设计值直接作用于楼板上；②板上荷载能够导算到周边杆件[3]。

4.4 与普通梁板方案经济指标比较

普通梁板方案：地下顶板非人防普通楼盖取板厚300 mm，主梁400 mm×800 mm；人防区取板厚300 mm，主梁400 mm×900 mm。地下室代表柱距为8.0 m×6.2 m。

市场价格：混凝土525 元/m2，钢筋5.2 元/kg，模板普通楼盖70 元/m2，空心楼盖50 元/m2，顶棚粉刷45 元/m2，空心楼盖施工指导及内模成本（市场询价）157 元/m2，其经济性对比具体见表1。

表1 各种楼盖方案经济性对比

以上仅对土建部分进行经济比较，数据来源该项目预算部门及厂家提供的《××项目现浇混凝土空心楼盖经济分析建议方案》。未考虑降低层高带来的节省土方、基坑、施工降水、外墙及外墙防水、竖向构件、各类竖向管(井)道等费用[4]。

4.5 质量控制

4.5.1 脚手架安装

与普通实心楼盖支架不同，现浇混凝土空心楼盖模板支架搭建会在板跨度、板厚度等方面具有一定的特殊性，因此如果仅按照以往经验来搭建，不仅会造成一定的安全隐患，还会在一定程度上浪费材料。针对此问题，可采取如下措施。

1）施工单位的技术人员要把控监理环节，需在进行受力分析的基础上，方可确认立杆间距的具体数值，据此来计算出可支撑其中大横杆间距，并将该间距数值代入木方断面的计算中。

2）监理单位的监理工程师不能仅将这种监察作为一种形式，必须根据施工单位的计算分析报告进行相应的复核工作，在复核无误的基础上才可以展开施工。

4.5.2 线管盒定位

由于每个建筑的功能存在一定的差异，随着其功能要求的差异，线管盒的预留、预埋的方式就存在不同。如商场建设中多有管线纵横交错的布置，要求在埋线时运用更多的技术。布置线管盒时应因地制宜，按照不同的建筑构筑形式采用最适合的布置方法，不能够采取相同的方式，否则容易造成资源的浪费。

所以，在实际布置线管盒时，要严格遵循以下施工流程：①在楼板底模上放线定位；②重复检查时，确保施工单位技术人员与土建技术负责人共同进行；③当确认检查内容不存在误差，则可以开始绑扎楼板底部钢筋。

4.5.3 楼盖底部保护层处置

通常情况下，在设计现浇混凝土空心楼盖板底部钢筋时，都会使用双向钢筋。施工时需要注意以下要点。

1）在绑扎板底部双向钢筋时，需严格遵循芯管布置图的各图示要求进行放线。

2）绑扎完成底部双向钢筋后，及时让监理机构人员进行相关验收工作，避免底部钢筋因布置完成无法检查而出现质量问题。

3）重视钢筋绑扎工作，可以更好地奠定芯管在抗浮处理方面的良好基础。

4）垫块除了需坚实与牢固外，相互间位置还需要≤1 m，以更好地确保结构安全性。

4.5.4 混凝土准备及振捣

混凝土浇筑作为构建空心楼盖的最后工序，对现浇楼板的施工质量具有直接影响，必须加以重视。

1）确保模板在验收前内部没有杂物。

2）为了避免施工人员或其他人员随意行走或踩踏成型混凝土的芯管与钢芯，设置混凝土输送泵管与支架，使用定型马凳对施工马道进行搭设。

3）振捣环节通常都要使用平板振捣器或小直径振捣棒等。

5 空心楼盖发展方向

近些年，空心楼盖的设计一直都由空心板模盒的厂家主导。由于工期紧张，设计院往往将该部分设计交由厂家设计后，设计院审核套签出图。但是厂家的技术水平参差不齐，其大多数技术人员不具有整体的结构概念，对计算结果的合理性和正确性不具备相应的判断能力，致使存在安全隐患或造价远远高于传统梁板结构的问题屡见不鲜。基于此，空心楼盖的设计工作应该由设计院来做，并加强设计院的技术力量培训，促进商场空心楼盖结构的安全性和经济性[5]。

不管是何种结构，都有一定的适用范围。对于空心楼盖来说，能实现经济性的重要前提是在应用时以空心楼盖所适用的范围来确定的。在建筑工程领域，一般情况下，空心楼盖适用在较大跨度或较大承受荷载的结构，此时会最大限度地发挥自身优势。反之，如果所需应用的结构仅为一个小柱网结构，而在实际施工过程中不以实际需求为根据，使用空心楼盖结构用以加大柱距，会导致出现不理想的结果。

一般来说，跨度8 m～12 m 为空心楼盖经济效益最大的跨度范围。

在空心盖楼的实际施工过程中，通常都会使用到含有大量封闭气孔的泡沫混凝土这一新型轻质保温材料，其作为常用的气泡状绝热材料，能够以在混凝土内部形成封闭的泡沫孔这一方式来使混凝土轻质化和保温隔热化。对于现浇混凝土楼板来说，在内部设置泡沫混凝土内模，能够起到对楼屋面保温的作用。此外，由于泡沫混凝土代替了部分混凝土，因此其不仅降低了楼板的自重数值，还能够有效节省房屋的用钢量。

当楼盖的跨度较大时，仅应用空心楼盖已不具有优势，而若是将其与预应力结合使用，可使得楼盖跨度范围继续扩大。但需要说明的是，大跨度预应力空心楼盖结构与中间加柱的空心楼盖相比，其经济价值并不绝对。空心楼盖在结构优化设计中也具有广阔前景，当结构具有以下条件时，应考虑空心楼盖的经济可行性：①荷载较大时；②层高受到限制时；③有大跨度、大空间要求时；④有其他特殊使用功能要求时。

6 结语

空心楼盖的应用越来越广泛，其质量要求也受到了更多关注。本文从工程案例入手，分析了空心楼盖结构的原理、特点和类型，并与普通梁板楼盖相比，其具有降低层高，减少楼盖混凝土的用量，减少自重，抗震性能好，隔音、隔热等性能好。除此之外，由于空心盖楼具备节约建筑材料、施工方便等特点，因此经济效益较良好。在未来建筑行业的发展中，其将会有更广阔的应用前景。