现浇混凝土箱体内模空心楼盖工程设计实例

　　摘要：通过某现浇混凝土箱体内模楼盖的工程实例，介绍该种形式的楼盖设计过程和该种楼盖的运用前景。
　　关键词：现浇混凝土空心楼盖；箱体内模；双向板
　　1.引言
　　在现浇砼楼盖中有规则埋入内模后，经现浇后形成的楼盖即为现浇混凝土空心楼盖。埋入式内模分两种：1.筒体、筒芯；2.箱体、块体。（图1示)。本文刍议后者作内模形成的楼盖形式。本例楼盖使用的箱体内模规格为500x500x200，使楼盖内部形成550~600间隔双向有肋的钢筋砼夹层空腹板，内模间隙形成“工”形加劲肋肋宽不小于60mm，加劲肋承担垂直于芯模的剪力、压力、拉力，使楼盖内部形成双向正交密肋梁，该种楼盖内部类似于“竹节”，受力性能良好。该楼盖具备以下几个特点：1.双向受力，楼板承载力高。2楼板双向刚度无差异，提高结构侧向刚度，结构更安全3.楼板中的芯膜具备协调变形能力，提高大面积板块抗裂缝能力。4.楼板内部具备的密肋梁方便建筑内部空间自由分隔，楼板纵向刚度高，使用跨度大，楼板挠度小。5钢筋用量小，砼用量低，工程经济效益明显造价与一般砼现浇楼板基本持平，与一般平板、实心无梁板，无粘结预应砼楼盖相比大大降低。6.隔音效果优良7.防火、隔热、保温性能好，在建筑节能方面值得大面积推广。
　　
　　筒体内模箱体内模
　　图1（工程实地照片）
　　2.工程实例概况：
　　本工程为解放军某部医院门诊大楼，位于广西南宁市江北大道，建筑面积约4000m2，建筑层数两层，结构体系采用钢框架结构，抗震设防烈度为7度（0.10g），基本风压为0.35kN/m2,楼盖形式为现浇混凝土箱体内模空心楼盖。二层楼面结构局部平面如图2。

　　二层楼面局部平面图图2
　　
　　3.结构分析与设计
　　从建筑的柱网划分的板格来看（图2），柱距7.2m~10.8m，柱网划分的楼板板块为规则的矩形，各区格的长宽比不大于2，均为双向板，是使用现浇箱体内模空心楼盖的合适跨度。本建筑采用钢框架结构，竖向荷载的传递顺序为：楼板—钢框架梁—钢柱—基础，钢梁用栓钉与楼盖连接，钢梁在竖向荷载作用下的变形较小，可视为楼盖的刚性支撑，依据《现浇混凝土空心楼盖技术规程》CECS175:2004(以下简称规程)判定，本工程采用空心板属于边支撑板，可按不考虑空腔影响的弹性板进行内力分析。设计采用现浇板厚300，内模采用500x500x200箱体内模，砼上下各厚50mm，肋宽70mm，砼等级为C25，钢筋采用HRB335，砼保护层15mm。楼板构造如图3示：
　　
　　4.计算与配筋
　　4.1空心楼板内模为箱体时，可直接计算楼板各个方向的截面惯性矩，对于本工程使用的均匀布置箱体弹性刚度相差不超过10%，其内力分析，依据规程规定边支撑板可不考虑水平荷载的作用，可考虑忽略楼板的各项异性，取用与普通实心楼板相同的弹性内力分析方法,楼盖的内力分析结果在保证安全的条件下进行调整，本楼盖按边支撑双向板考虑的跨中正弯矩，在距支座ly/4(ly为短跨)宽度可取相应方向的最大弯矩的1/2；每个方向楼板负弯矩均可取相应方向的最大负弯矩。依据规程规定，空心楼板进行内力分析后，进行承载力计算取空心楼板的实际截面。
　　4.2本工程典型楼板尺寸、经PKPM计算得出的内力、设计配筋如图4。其中楼板恒载考虑折算板厚后的楼板自重为5.0kN/m2，考虑装修荷载1.5kN/m2，楼面活载按2.5kN/m2，以下就图4的典型楼板探讨本工程使用的楼盖类型设计要点：
　　4.2.1受弯承载力计算时，楼板正截面受压区高度不大于受压区的最小翼缘厚度。可用计算得出的最大设计弯矩值M，反推αs＝M/(fcbh02)，ζ＝1-（1-2αs）1/2，x=ζh,ζb＝0.8/（1+fy/0.0033Es），其中，αs—系数，M—楼板弯矩设计值，fc—混凝土抗压强度设计值，b—楼板计算单元宽度，h0—楼板截面的有效高度，ζ—相对受压区高度，x—受压区高度,ζb—相对界限受压区高度,fy—钢筋抗拉强度设计值，Es—钢筋弹性模量。以下取570mm宽板带为计算单元。
　　最大正弯矩（M+max=29.2x570/1000=16.644kN.m）计算得出：αs=16.644x106/(11.9x570x2852)=0.03,ζ=1-(1-2x0.03）1/2=0.03<ζb＝0.8/[1+300/(0.0033x2.0x105)]=0.544,x=0.03x285＝8.55mm<50mm,故判断受压区在翼缘内。
　　最大负弯矩（M-max=56.8x570/100=32.376kN.m）计算得出：αs=32.376x106/(11.9x570x2852)=0.059,ζ＝1-(1-2x0.059）1/2==0.061<ζb=0.544,x=0.061x285=17.385mm<50mm,故判断受压区在翼缘内。
　　经上述验算，空心板板底配筋和支座负筋可按一类T型截面计算。
　　板底筋计算值As=M+max/(γsh0fy)=29.2x106/(0.985x285x300)=346mm2(设计实际配置φ12@190，As=595mm2考虑满足空心楼板最小配筋要求)，其中γs—系数，查表得。
　　板负筋计算值As=M-max/(γsh0fy)=56.8x106/(0.97x285x300)=685mm2(经程序验算楼板裂缝，设计配置φ12@100，As=1130mm2)
　　典型楼板配置的楼板钢筋详图4。
　　4.2.2楼板受剪承载力直接按箱体间内模肋梁验算受剪承载力。斜截面计算简图如图5，受剪承载力计算和配筋按《混凝土设计规范》GB50010-2002（以下简称砼规）第7.5节和第10.2节有关规定。
　　Vc+Vs=0.07ftbh0+1.25fyvh0Asv/s=0.7x1.47x70x285+1.25x210x285x25/285=20.529+7.35=27.879kN,V=36.5x570/1000=20.805kN<27.879kN,其中Vc—混凝土受剪承载力设计值，Vs—箍筋土受剪承载力设计值，ft—混凝土轴心抗拉强度设计值，fyv—箍筋抗拉强度设计值，Asv—同一截面配置的箍筋面积，s—箍筋间距，V—截面剪力设计值。故设计配置的箍筋满足，斜截面验算满足。肋梁的钢筋配置如图6。
　　4.2.3挠度和裂缝的控制。规程5.2.1条，类似本工程这样的适宜跨度的楼盖，可不做挠度和裂缝的验算，施工过程中可以用起拱的措施减小挠度，采用带肋钢筋，减小钢筋间距则是控制裂缝的有效办法。实际挠度验算也可按图5阴影部位的截面特性用材料力学的挠度公式计算。裂缝验算依据砼规8.1.1-4有关规定。
　　4.2.4现浇混凝土空心楼盖角部（阴、阳角）是裂缝易出现的区域，除按砼规配置的构造钢筋外，还应配置专门的构造钢筋（板底、板顶均设），构造钢筋可根据实际情况采用钢筋网片或斜向钢筋，钢筋应锚固在梁支座内，延伸长度不小于ly/4，该构造钢筋可穿插在受力筋平面内，不会增加配筋层厚度，以保证混凝土保护层厚度。
　　4.2.5配筋率。箱体内模空心楼盖两个方向横断面都可以看做I形截面，规程规定楼板的的最小配筋率按砼规相关规定，楼板的截面积按楼板的实际面积计算。
　　
　　5.工程实施情况
　　现浇混凝土箱体内模空心楼盖施工的关键环节在于固定好箱体内模，防止混凝土浇捣时上下浮动或左右移动从而改变楼板板顶、板底厚度，肋梁宽度，所以工程施工中采用了混凝土垫块和抗浮钢筋固定内模，防止移位，同时楼盖受力钢筋的全部满扎保证受力钢筋就位。混凝土浇捣前，对楼盖的个项隐蔽工程实施了严格的验收检查。施工采用的是泵送混凝土，在出厂前严格控制混凝土配合比和塌落度，施工时候先浇筑楼盖肋部的混凝土，严格振捣密实，保证板底混凝土到位。大面积楼面浇捣时控制好施工缝位置的留设，并保证施工缝接口的质量。施工过程中按规程要求现浇混凝土空心楼盖起拱，保证楼盖挠度满足要求。
　　本工程施工过程得到专业箱体内模生产厂家指导施工，制定了专门的空心楼盖施工技术方案，在参建各方的共同努力下，本工程在2008年顺利竣工并交付使用，设计采用的现浇箱形内模空心楼盖使用情况良好。
　　6.结语
　　边支撑的现浇混凝土箱体内模空心楼盖受力与现浇混凝土实心板相近，但其在各方面的性能优于实心板，同时它两个方向相近的截面特性在荷载传递方面的优势也优于芯筒内模空心楼盖，其大幅改良了双向板的受力性能，提高了钢筋强度的利用和楼盖的刚度。目前，在大跨度大空间建筑的设计中，现浇混凝土箱体内模空心楼盖使用越来越广泛，今后，现浇混凝土空心楼盖内模种类的更新和材质的提高，设计理论的逐渐完善必将推动现浇混凝土空心楼盖的发展。
　　参考文献：
　　[1]《现浇混凝土空心楼盖技术规程》CECS175:2004.〔S〕
　　[2]《混凝土设计规范》GB50010-2002.〔S〕
　　[3]《混凝土楼盖设计》〔M〕.北京：中国建筑工业出版社，1998