首届全国建筑结构技术交流会论文 1
“现浇混凝土空心楼盖结构体系”在工程中的应用 ——新乡医学院院系楼中“现浇混凝土空心楼盖”的设计 邢许颍 (河南省建筑设计研究院 郑州 450014)
[提要] 本文综合阐述了“现浇混凝土空心楼盖结构体系”的受力机理、设计要点、使用范围、及相比其它楼盖体系的优点。结合对“新乡医学院·院系楼”项目的设计，说明该结构体系是一种性能价格比优越、受力明确合理的结构体系，具有巨大的社会经济价值。
[关键词] 现浇混凝土空心楼盖 内模 建设节约型社会
前言
现浇混凝土空心楼盖是指按一定规格放置埋入式内模后，经现场浇筑混凝土而在楼板中形成空腔的楼盖。近年来，现浇混凝土空心楼盖结构技术的研究与推广应用取得了长足发展。从九十年代初开始，十几年以来，现浇空心楼盖结构已在超过二十个省市和几千万平方米的建筑中得到应用。
本文综合阐述了“现浇混凝土空心楼盖结构体系”的受力机理、设计要点、使用范围、及相比其它楼盖体系的优点。结合对“新乡医学院·院系楼”项目的设计，说明该技术是一种性能价格比优越、受力明确合理的结构体系，具有巨大的社会经济价值。
1 现浇混凝土空心楼盖简介
1.1 现浇混凝土空心楼盖的受力机理
从受力截面分析，作为受弯构件的楼板，其受力截面由受拉区和受压区构成，在极限状态下，拉力和压力集中在截面两侧以构成力矩，而截面中部对抗力的影响很小(如右图示)。因此，在受压区配置混凝土，在受
拉区配置钢筋并包裹足以锚 图1 应力分布图 固和协调受力的混凝土层，
而将中部的混凝土挖去，则其抗弯承载力基本不受影响。现浇混凝土空心楼盖正是运用这一原理，通过优化受力构件的截面形式，在基本不影响承载力的条件下，大幅地减少了混凝土的用量，具有良好的经济效益，同时又可大幅降低结构自重，减轻建筑的地震效应。
从楼板的整体性分析，与现浇混凝土空心楼盖具有可比性的是密肋楼盖。两者均是从减轻楼盖的自重着手，后者形成了带上翼缘的Ｔ型交叉梁系楼盖，而
前者则形成了带上、下翼缘的工型交叉梁系楼盖。两者不同之出在于，空心楼盖有下翼缘，且板中暗肋间距较密肋楼盖的肋间距小，因而其受力更加均匀，刚度更大，整体性更好。通过空间有限元程序进行分析，其受力性能更加接近与实心板。
综上所述，现浇混凝土空心楼盖完全可以按实心板的计算模型进行内力分析，然后根据求得的内力，按工字型截面进行配筋设计。
1.2 现浇混凝土空心楼盖的设计要点与构造要求
1.2.1 设计依据
现浇混凝土空心楼盖的设计可遵循下列现行规范及规程执行：
《钢筋混凝土结构设计规范》(GB50010-2002) 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002) 《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ140-2002） 《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS 175:2004)
1.2.2 现浇混凝土空心楼盖的分类
(1) 按楼板的受力模型，可分为边支撑现浇混凝土空心楼盖和柱支撑现浇混凝土空心楼盖；
(2) 按楼板的内模材料，可分为内模为筒芯的现浇混凝土空心楼盖和内模为箱体的现浇混凝土空心楼盖； (3) 根据楼板的配筋，又可分为非预应力现浇混凝土空心楼盖和预应力现浇混凝土空心楼盖。
根据现行工程的常用类型，本文重点对非预应力现浇混凝土空心楼盖作以阐述。
1.2.3 楼盖受力体系确定原则 (1) 边支撑现浇混凝土空心楼盖
根据CECS 175:2004的规定，可以理解为：对于支撑在墙、深受弯构件、刚性梁等结构上的楼板以及
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传统经验证明有效的带主次梁的楼板，可以按“边支撑板”的原则进行设计。
注：对于“刚性梁”，目前国内规范尚无明确介定，本文列出国外相关规范对“边支撑板”的规定，以做参考：
ａ．美国规范ACI318-1963规定，四边支撑在墙或钢梁上的板，或支撑在梁高不小于３倍板厚的现浇梁上的板，均可认为是“边支撑板”。（目前国内学术界认为此规定偏松且不全面）
ｂ．加拿大标准CSA A23.3-1994附录Ｂ关于“四边刚性支撑的矩形双向板体系”的规定中，提出刚性支撑的条件为：
此处,bw为梁腹板宽度，hb为梁高，ln为支撑梁的净跨，hs为板厚。
当按边支撑现浇混凝土空心楼盖设计时，应考虑以上因素，否则楼板计算应考虑周边梁的刚度影响，同时周边梁应通过抗扭计算。 (2) 柱支撑现浇混凝土空心楼盖
凡不属于边支撑现浇混凝土空心楼盖的楼板,均宜按柱支撑楼盖进行设计。其受力模型与无梁楼盖类似,应按GB50011-2001规定的板柱结构体系进行设计。 当支撑现浇混凝土空心板的框架梁按扁梁设计时，扁梁的构造应满足GB50011-2001的规定，同时扁梁及板肋应满足规范中对裂缝及挠度的要求。空心板的内力应专门分析并进行相应的加强处理。
1.2.4 现浇混凝土空心楼盖的计算
(1) 荷载取值
对于箱体内模根据材料的不同其取值可按如下表格选用：
内模材料 表1 内模材料 容重(kN/m3) 备注 泡沫塑料 0.2~0.3 硬度大时取大值 GRC薄壁盒 4.5~5.5 箱体边长及高度小时取大值 GBF蜂巢芯 5.0~7.0 箱体边长及高度小时取大值 水泥珍珠岩 2.0~4.0 --- 对于筒芯内模，因材料较多，本文不再列出，其容重应根据相关的产品标准确定。 (2) 内力计算
对于边支撑板，可按弹性方法计算楼板内力。当有可靠经验时，可考虑楼盖的薄膜效应，对区格板的跨中和支座截面的弯距进行适当折减。
对于柱支撑板，其内力可采用空间有限元程序、SATWE的弹性楼板６功能或同济大学编写的Strat软件进行计算分析。 (3) 配筋计算
现浇混凝土空心板正截面承载力应根据相应截面的内力，依据GB50010-2002，按空心板的实际截面计算。当内模为箱体时，可按工字型截面计算；当内模为筒芯时，对于顺筒方向，也按工字型截面计算，对于横筒方向，其受弯刚度可取顺筒方向的90%。 当考虑弯距调幅的空心板，其正截面承载力计算中的截面受压区高度不宜大于受压区最小翼缘厚度。 内模为箱体的空心板，其肋梁的受剪承载力计算和配筋构造应符合GB50010-2002的要求，对于肋宽≤100mm的肋梁，一般在肋梁内配置单肢S钩即可满足要求。
内模为筒芯的非预应力边支撑空心板，当不配置受力箍筋时，其受剪承载力应满足如下公式要求：
其中式中
Ｖ —宽度(bw+D)范围内的剪力设计值； Βv —受剪计算系数。
顺筒向为1.3，横筒向为1.6； ｆｔ—混凝土轴心抗拉强度设计值； ｂｗ—顺筒肋宽； Ｄ —筒芯外径；
ｈ０—楼板截面有效高度。
空心板的最小配筋率应按楼板的实际截面进行计算。
对于柱支撑板，尚应根据楼板的受力特性，对柱周围的楼板进行抗冲切验算。 (4) 挠度与裂缝计算
当在现浇混凝土空心楼盖的设计中采用了适宜的构件跨高比、周边约束条件和构件配筋特性，且有可靠的工程实践时，可不作构件的挠度和裂缝验算。 当楼板按考虑弯距调幅进行设计时，宜相关规范要求进行挠度和裂缝的验算，或采取有效的构造措施。
1.2.5 现浇混凝土空心楼盖的构造要求
(1) 材料强度等级:
混凝土强度等级宜≥C30；钢筋宜采用HRB400级热轧带肋钢筋。 (2) 板的适宜高跨比
现浇混凝土空心楼盖的经济跨度一般为7.5~15m，对于施加预应力的楼板可适当增加，目前国内已做成27m跨的现浇混凝土空心板（详2008年奥运会射击馆结构设计）。
对于边支撑板，一般为单向板为1/25~1/30，双向板为1/30~1/40。
对于柱支撑板，高跨比按柱网的长边计算，一般为1/25~1/30。
局部集中大荷载或人防工程等特殊情况应按实
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际情况确定板厚度。
(3) 对于内模为箱体的现浇混凝土空心楼盖，其各位置在本文中的代号如下表:
内模为箱体的现浇混凝土空心板各符号含义 表2 符号 含 义 符号 含 义 A 肋间距 h3 箱体内模高度 B 肋宽度 m 箱体内模高度 h 现浇混凝土空心板总厚度 bs 现浇空心板区格四周梁 h1 板顶实心混凝土厚度 (墙)边实心板带宽度 h2 板底实心混凝土厚度 其各位置的截面尺寸构造规定如下表:同时空心率不宜小于25%，也不大于50%。
内模为箱体的现浇混凝土空心板截面尺寸构造规定 表3 项目 要 求 项目 要 求 h 不宜小于250 b/h3 不宜小于0.25 b 不应小于60 m 不应小于50 h1/m 不应小于1/15 bs 不应小于50 (4) 对于内模为筒芯的现浇混凝土空心楼盖，其各位置在本文中的代号如下表:
内模为筒芯的现浇混凝土空心板各符号含义 表 4 符号 含 义 符号 含 义 a1 顺筒肋间距 L 筒芯内模长度 a2 横筒肋宽度 bw 顺筒肋宽 h 现浇混凝土空心板总厚度 bl 横筒肋宽 h1 板顶实心混凝土厚度 bs 现浇空心板区格四周梁 h2 板底实心混凝土厚度 (墙)边实心板带宽度 D 筒芯内模宽度 其各位置的截面尺寸构造规定如下表:同时空心率不宜小于25%，也不大于50%。
内模为筒芯的现浇混凝土空心板截面尺寸构造规定 表 5 项目 要 求 项目 要 求 h 不宜小于180 bw/D 不宜小于0.2 bw 不应小于50 h1 不应小于40 bl 不应小于50 h2 不应小于40 (5） 对于内模为箱体的空心板，纵向钢筋与箱体的净距不得小于10mm。
(6) 对于屋面板，位于建筑平面外墙阳角处的楼板，楼板的阳角处宜设置45°斜向构造钢筋，如下图示。用于抵抗因温差等原因在板角部产生的裂缝。该钢筋位于板纵向钢筋的外侧。
图2 板顶与板底附加钢筋
(7) 当空心板需要开洞时，洞口周边应保证至少有100mm宽的实心混凝土带，在洞边应配置补偿钢筋，
每方向的补偿钢筋面积不应小于被切断钢筋的截面面积。同时尚应满足国家现行规范的要求。
2.3 现浇混凝土空心楼盖的施工工艺
非预应力现浇混凝土空心楼盖结构的施工工序如下图所示：
图3 现浇混凝土空心楼盖的施工工艺
2.4 现浇混凝土空心楼盖技术的适用范围
此种楼板体系适用于各种跨度和各种荷载的建筑；特别适用于：
(1) 大跨度和大荷载、大空间的多层和高层建筑、如：商业楼、办公楼、图书馆、展览馆、教学楼、车站、多层停车场等大中型公共建筑和工业厂房、仓库。 (2) 需灵活间隔、或经常改变使用用途的建筑，如：宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等。 (3) 采用集中式空调的建筑。 (4) 特殊隔音、保暖要求的建筑。
2.5 现浇混凝土空心楼盖技术的优点 2.5.1 使用功能优良
与普通框架结构比较，本技术使空间更开阔美观，使用更加方便，与无粘结预应力无梁楼盖、实心无梁楼板比较，无柱帽，实现真正的平板、无凸出部位；开孔洞方便，射钉、电锤打孔，吊挂不受影响；防火性能好，不会因火灾丧失应力而导致结构破坏。 2.5.2 抗震性能好
由于现浇混凝土空心楼盖比普通楼板厚，增强了楼板的整体刚度，同时板内砼体积的大幅抽空，减轻了自重。故与一般平板相比，其具有自重轻、抗震性能好的特点。 2.5.3 综合经济效益提高
该项技术的土建工程费用与一般钢筋砼框架结构基本持平，与一般的平板、无梁板相比，土建工程费用大大降低。同时，对于采用集中式空凋的建筑来说，板高比梁高减少0.4米左右，有利于水平管线，特别是空调管道的安装、因而提高了建筑净空。如果建筑仍按原有净高进行设计，则可以降低层高，在现行的设计规范下，由于对建筑总高有—定要求，因此，降低层高等于增加了层数，增加了使用、销售面积，给
业主带来可观的经济效益。 2.5.4 节约装修费用
此种楼板完全平整，无需吊顶，同时，层高降低了，也就减少了竖向的水，电、风、电梯、内外墙等
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“现浇混凝土空心楼盖结构体系”在工程中的应用
