现浇空心板在某办公楼设计中的应用

摘要：本文结合工程介绍了高层公共办公楼大柱网楼盖体系采用现浇混凝土空心板的有关设计问题，同时就一些特殊问题的进行了探讨。

关键词：楼盖体系 现浇空心双向板 布管方式 设计及构造

一.工程概况

　　本设计为中关村大河庄苑办公楼设计，该工程是中关村西区配套唯一的商业设施，也是小区边缘的标志性建筑，其中：地下三层，平面尺寸为124.40mx54.90m，地下二、三为汽车库，地下一为商业用房；地上16层，平面尺寸为90.00mx38.60m，柱网为8.4mx8.4m,地上一、二为商业用房、其他为办公用房。地上总高为60M，业主为获取得最大的使用面积，要求建筑层高不能超过3.6M，结构设计为满足大的建筑净空要求，标准层框架梁采用部分预应力扁梁，梁高仅为500mm.楼板采用250mm厚的现浇混凝土空心板（自重仅相当于160mm的实心板），如附图1

            附图1 标准层平面图

二.楼盖体系的合理选择

　　高层公共建筑体系的混凝土楼盖结构通常的形式为梁板和实心平板，目前业主往往需要大开间、大柱网和大空间灵活隔墙，为了多出使用面积，将层高降低，以及便于今后使用功能的变更等等，传统的梁板和实心板结构已不能很好的适应这种需求，为了适应这种要求，近年来国家建设部推广的现浇钢筋混凝土空心楼盖应用技术填补了传统结构不足，且整体的综合造价有所降低。它可在传统的建筑结构形式中，将空心高强薄壁管埋入实心板内，并按一定方向排列、现场浇注成型，使原实心平板变成空心板。这样以来不仅减轻了结构自重，节省了混凝土用量；同时也增加了楼层刚度（空心板厚度比实心板大）,有效防止楼板裂缝的出现，由于楼盖自重减轻，这样以来框架梁柱的断面及基础就可相应的减小，使有效空间充分利用；另外这种楼盖的隔音、隔热、保温性能均优于实心板；由于楼盖自重降低，使地震力减小，这不仅对基础设计有利，而且对结构抗震更为有利，同时也可降低工程造价，还可加快施工进度。因此本设计采用250厚的空心高强薄壁管现浇钢筋混凝土空心楼盖。如附图2

                 
附图2 标准层BDF管布置图

三．现浇空心板在双向板中布管方式的论述

　　现浇空心板技术出现后，其配筋计算方法发生过一系列改进，使其更加符合结构设计的实际和性，最初阶段仅用于单向受力板，空心管仅按一个方向布管，板的简化计算模型以及计算方法与预制空心板相同，这样的做法设计人员容易理解，计算也较方便。
　　近年来在一些工程中也开始在大跨度双向板中采用现浇空心板，但对于双向板如果仍然仅按一个方向布管，板按单向控制配筋，对板是安全的，但是不的，而且对四周的框架梁则会出现梁上荷载分配不均匀，垂直于板孔的梁分配的荷载较平行于板孔的梁较大，这主要是由于两个方向板的折算刚度不同所致，如附图3所示，以8.4x8.4米柱网为例进行计算，将板按两方向进行简化，顺板孔方向简化为“I”形；垂直板孔方向简化为“=”形，分别把每米板宽按等刚度原则转化为同高的实心板（梁），由于板孔的存在，造成空心板在平面计算时两个方向刚度不一样，即上述等代梁宽度是不一样的，即顺板孔方向为900x250；垂直板孔方向为780x250，然后按简化虚拟梁模型进行计算，计算简图如附图3所示，此时板荷载分配给各框架梁的情况如附图4所示

排管平面图                等代虚拟梁简图

附图3

  
附图4 附图3排管时荷栽分配给各框架梁的情况

　　由计算结果（附图4）可以明显看出，当空心管在一跨中仅沿一个方向排列时，将会对框架梁所受荷载产生明显差异，这与整体计算时，板的荷载分配不一致，这就会造成整体计算时框架梁不安全的阴患存在，为了避免由于等代梁刚度不同导致的垂直板孔的梁分配荷载过多，而平行于板孔的梁分配的荷载过少，我们将板孔的方向在同一跨中按棋盘格式布置，如附图5所示，计算简图如附图5所示，此时板荷载分配给各框架梁的情况如附图6所示

排管平面图 a                         等代虚拟梁简图b

附图5

　　由计算结果（附图6）可以明显看出，我们将板孔的方向在同一跨中按棋盘格式布置，如附图5a所示，计算简图如附图5b所示，此时板荷载分配给各框架梁的情况如附图6所示，此时板分配给各框架梁的总荷载是完全一致的，这样以来在对结构整体计算时就消除了框架梁不安全的阴患存在，

       附图6 附图5 棋盘式排管时荷载分配给各框架梁的情况

四.综合效益

　　通过多项工程比较，与一般的平板、无梁板相比土建费用有所降低，另外在建筑高度一定的条件下，降低层高就等于增加了层数，增加了建筑面积，为业主带来了更大的经济效益。本文以8.4x8.4m柱网楼盖为例在荷载和净高相同的条件下进行了经济比较见下表：

【注】1.砼一律用C30，480元/m³x1.34(间接费)=643元/m³。施工的工期每层按7天计
      2.钢筋及加工费5元/kgx13.4(间接费)=6.7元/kg.(Ii级钢为主)
      3.高强薄壁管Φ150 5根/每1m宽，单价80元/m³
      4.楼层单价=梁板价+180元/m³（墙、柱、楼梯、电梯）x层高+150元/m³（基础差价）X该楼层梁板的砼折算厚度

五．现浇混凝土空心板楼盖的设计要求及构造要求

1.设计要点：
1）.结构布置原则为：柱与柱、柱与剪力墙间设置框架梁，框架梁围成的板采用现浇混凝土空心板。
2）.框架梁可根据工程不同情况，分别采用普通框架梁、框架扁梁、在无梁楼盖中采用暗梁。
3）.主体结构时，板厚按空心板实际厚度输入，但需按空心板折算厚度输入板自重。
4）现浇混凝土空心板可按实际支承情况分别按单向、双向进行配筋计算。对双向板应按“空间等代虚拟井式梁结构”设计计算，

2. 一般构造要求除符合一般楼板构造要求外还需符合下列要求
1）板厚一般可取为1/30~1/35L，L为板的短向跨度。
2）空心率宜为30%~50%。
3）适用于板跨6~10米（非预应力），10~25米（预应力）
4）管上下及管与管之间混凝土最小厚度（宽度）为50mm
5）每节管的长度宜在1000mm~2000mm，管与管间留50~100mm宽板肋，在板肋间可配适量钢筋增墙楼板的整体性。

六 结语

通过本工程的设计，作者对现浇双向空心板设计有了进一步了解。本文重点就现浇双向空心板中如何布进行了探讨，并提出了符合结构受力的布管方案，本工程经北京市建筑设计研究总院审图中心专家们的严格审查，肯定了我们的分析计算及有关特殊问题的构造处理措施，目前本工程施工已基本完成，得到业主好评。

1. 建筑抗震设计规范  （GB50011-2001））
2. 混凝土结构设计规范 （GB50010-2002）
3. 现浇砼圆孔空心板在设计中的应用研究与实践  大连市建筑设计院等 2002年3月
4. 建筑研究院编制的PM.PK系列软件 2003年5版