现浇混凝土空心楼盖在地下室结构中的应用

现浇混凝土空心楼盖在地下室结构中的应用
王茜;赵泉
【摘要】现浇混凝土空心楼盖是一种新型的楼盖体系,能够有效地减轻结构自重,整体性好,综合造价低,隔声、隔热、节能保温效果好,在要求大空间且对层高有限定的混凝土结构中具有良好的适应性.在对某工程地下室顶板采用柱支撑现浇钢筋混凝土空心楼盖结构体系中,该文对顶板布置、结构计算参数选择及空心板配筋的设计计算中,提出了相应的方法和依据,对简化设计、缩短工期的提高效益具有切实的意义.
【期刊名称】《有色金属设计》
【年(卷),期】2016(043)002
【总页数】5页(P28-32)
【关键词】地下室顶板;现浇混凝土空心楼盖;柱支撑;空心板配筋;建筑结构设计【作者】王茜;赵泉
【作者单位】昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南昆明650051;昆明有色冶金设计研究院股份公司,云南昆明650051
【正文语种】中文
【中图分类】TU756
随着现代经济和社会的迅猛发展，人们对建筑的要求除了要满足使用功能的同时，往往需要在安全美观的前提下尽可能地减少工程造价。

经过统计，一个建筑物中，混凝土楼盖的造价约占土建总造价的20%～30%；高层建筑物中，混凝土楼盖的
自重约占总自重的50%～60%。

[1]由此，不难看出，减少混凝土工程量，可以在降低工程造价的同时减轻混凝土自重。

现浇混凝土空心楼盖结构是指按照一定原则放置埋入式内模，经现场浇筑混凝土而在楼板中形成空腔的楼盖结构，是一种新型的楼盖体系，为适应大开间，降低层高，平板底等建筑功能，增加了一种可供选择的楼盖结构可行性方案[2]，且有效地减轻了结构自重，整体性好，综合造价低，隔声、隔热、保温效果好的优良特性，可应用于各种公用及民用混凝土项目中，特别是要求大空间且对层高有限定的混凝土结构具有良好的适应性。

现浇钢筋混凝土空心楼盖结构正越来越多应用于实际工程中，取得了良好的经济效益和社会效益。

昭通市龙泉官坝小学位于昭通市昭阳区，其地下室位于官坝小学室外运动场地下，设计层数为一层地下室，主要用于学校教师停车及部分设备用房。

地下总建筑面积3 216.4 m2,共设94个车位,长87.6 m，宽39.3 m，埋深5.8 m，纵向11跨，横向6跨，柱网尺寸以8.1 m×7.2 m为主。

考虑建筑功能及对地下室层高要求，采用现浇钢筋混凝土空心楼板作为地下室顶板，在设备用房部分辅以现浇普通楼板。

地下室一层建筑平面见图1。

根据勘察资料，工程的场地类别为Ⅲ类。

抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度值0.10 g，设计地震分组第三组，设计基准期按50年采用，建筑结构安全等级二级[3]，基础设计等级丙级[4]，建筑抗震设防类别丙类[5]。

2.1 结构设计方案的选取
该地下室不仅柱网较大，且由于地下室上部为官坝小学室外操场，覆土为1 m，根据地勘报告，该场区地下水埋藏较浅，遇强降雨或长期降雨时场地大部分地段汇集有地表水体，考虑抗浮的水头较高，建筑有净高要求，且代建方对空心楼盖技术的推广，因此采用500 mm厚现浇空心板作为地下室顶板，柱支撑空心楼盖结构体系，500 mm厚现浇钢筋混凝土筏板基础加筏板上堆载700 mm厚以满足抗浮要求，材料为毛石混凝土，容重≥20 kN/m3，可以满足各方面的要求。

2.2 顶板构件布置
当填充体为内置填充箱、填充块、填充板时，现浇混凝土空心楼板的体积空心率宜为25%～60%[6]；考虑顶板上覆土重量及经济性，空心楼盖内模740 mm×740 mm×380 mm，布置见图2。

上下翼板厚度60 mm,空心楼盖厚度500 mm，体
积空心率为55 %，按抗弯刚度等效折算厚度为428 mm，折算重量 5.62 kN/m2。

箱体之间肋宽取1/3填充体高度，为130 mm，空心板边部填充体与竖向支撑构
件间设置实心区域，从支撑构件边缘起100 mm [6]。

顶板剖面见图3。

2.3 顶板结构设计
主要荷载详见表1，主要使用材料：C35混凝土，HRB400钢筋。

采用盈建科(YJK)计算软件对结构进行计算，在建模中，把暗梁当做普通梁输入，
在楼板布置中有专门的现浇空心板布置菜单；在上部结构计算中按照普通梁方式计算暗梁、按照楼板有限元方式计算现浇空心板，并给出空心板肋梁的内力和配筋。

在板构件属性中需对现浇空心板楼板设置弹性板3或弹性板6并勾选参数“梁与
弹性板变形协调”，这样才能使梁的中间节点和板的中间节点联系在一起工作。

弹性板荷载计算方式则应选择有限元计算方式，恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。

YJK使用细分的弹性板有限元(壳元)模型计算现浇空心板，对板元按考虑了空心部分的折算刚度计算，对弹性板计算结果积分成肋梁的弯矩和剪力，再对肋梁进行配筋设计。

计算结果在设计结果菜单下，等值线里选择空心板配筋选项，就可以查看板划分单元后，每个计算单元的计算数值，该工程用了单元中心值作为板配筋依据，计算结果局部见图4。

根据图4，可得到在该支座处每个单元的配筋面积，按照文献[7]对无梁楼盖柱上
板带和跨中板带的划分要求，对地下室顶板进行板带划分，然后根据有限元计算结
果进行板带及柱帽配筋，并对柱帽冲切进行验算。

对于顶板暗梁的配筋除满足计算要求外，按照文献[5]的要求，还需满足暗梁支座
上部钢筋面积应不小于柱上板带钢筋面积的50%，暗梁下部钢筋不宜小于上部钢
筋的1/2，箍筋直径不应小于8，间距不宜大于3/4板厚，肢距不宜大于2倍板厚，在暗梁两端应加密。

对于空心板配筋，除了满足有限元计算板跨配筋外，还应满足空心板的最小配筋率的要求，文献[6]给出了现浇混凝土空心楼板的最小配筋率计算公式：
2.4 地下室底板及抗浮验算
地下室底板厚度为500 mm,按照筏板输入YJK进行计算，考虑结构自重抗浮，故在筏板上输入堆载加面层荷载共计15.5 kN/m2,进行底板有限元划分及计算，考
虑柱对底板的冲切，在柱底设置柱墩，柱墩总高为700 mm进行抗冲切验算,满足要求。

地下室抗浮计算：
地下室结构自重：98 427.32 kN；
地下室总面积：3 216.4 m2；
折算每平方米的平均荷重为：
98 427.32/3 216.4=30.60 kN/m2；
地下室底板厚度500 mm自重：
0.5×25=12.5 kN/m2；
700 mm厚毛石混凝土堆载自重：
0.7×20=14 kN/m2；
荷载总和为：30.6+12.5+14=57.1 kN/m2；
总水头高度(取室外地坪标高-0.2为地下水位标高)：1-0.2+3.6+0.7+0.5=5.6 m；水浮力为：
9.8×5.6=54.88 kN/m2<57.1 kN/m2
故抗浮验算满足。

配筋则根据底板有限元计算结果进行配筋，实配为双层双向16@200。

(1)该文就柱支撑现浇钢筋混凝土空心楼板作为地下室顶板结构体系，采用YJK计算软件进行有限元计算得出结构内力并对结果进行分析。

简要说明了该软件计算空心楼盖的步骤和取值方法及配筋方法，以及设计中应注意的结构布置与构造。

(2)YJK采用了细分的弹性板有限元(壳元)模型来计算现浇空心板，实际模拟了空心板的受力特征，从而更加直观地反映出空心板的配筋，方便了设计。

(3)使用现浇钢筋混凝土空心楼板作为地下室顶板，提高了净高，满足了地下室对空间的要求，解决了建筑的大跨度，大开间的问题，且美观实用，减少了二次装修的投入。

(4)空心楼盖采用内置箱体材料，取代了楼板中间效率不高的混凝土，使建筑物具有了自重轻、保温、隔热、隔音，抗剪抗扭性能好，减少了水泥用量，无需吊顶，且施工过程中模板损耗少，容易拆卸，施工简便，节省了工期，经济效益好。