现浇混凝土空心楼盖的技术经济分析.pdf

2 0 1 1 年 第 3 期 (总 第 2 5 7 期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No ， 2 5 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 CONCRETE PRODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 3 0 3 2 现浇混凝土空心楼盖的技术经济分析 王潇洲 ( 广东交通职业技术学 院，广东 广州 5 1 0 6 5 0 ) 摘要： 针对新型的现浇混凝土空心楼盖技术 ， 介绍 了将空心楼盖简化为等效实心楼盖进行计算的设计原理 ， 总结了混凝土空心楼盖的力 学性能， 分析了混凝土空心楼盖的综合经济优势， 概括了混凝士空心楼盖施工控制要点， 指出了抗浮是混凝土空心楼盖施工的关键技术措施。 关键词： 空心楼盖；设计原理；力学性能；抗浮；经济性能 中图分类号 ： T U5 2 8 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 9 9 0 3 Tec h ni c al a nd e c onomi c a na l y sis o f c as t - i n -pl a c e c onc r e t e hol l o w t i l e f l oo r s l a b W|ANG a 0 - O U ( Gu a n g d o n gC o mmu n i c a t i o nP o l y t e c h n i c ， Gu a n g z hnu 5 1 0 6 5 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：I n a c c o r d a n c e wi t h t h e n e wl y t e c h n o l o g y o fc a s t i n p l a c e c o n c r e t e h o l l o w flo o ， thi s p a p e r i n t r o d u c e d t h e d e s i g n pr i n c i p l e tha t i t i s e q u i v a l e n t t O t h e s o l i d flo o r s c a l c ul a t e d ba s e d o n t h e h o l l o w flo o r s T hi s pa p e r a l s o h a s s u mma r i z e d t h e me c h an i c a l p r o p e r t y o f c o n c r e t e h o l l o w fl o o r s W h a t S mo r e ， i t a n a l y z e d t h e s u mme d e c o n o mi c a d v an t a g e s o fc o n c r e t e h o l l o w flo o Th e n， i t g e n e r a l i z e d the c o n t r o l l i n g m a i n p o i n t s o fc o n c r e t e h o l l o w fl o o At l a s t ， an e w t h e o r yt h a t a n t i fl oa t i s thek e yt e c hn o l o gy m e a s u r ei nc o n s t r u c t i o no f c o n c r e t eh o l l o w fl o o r s h a sb e e npu t f o r wa r d Ke yw o r ds ： h o l l o w t i l eflo o r s l a b； d e s i gn pr i n c i p l e； me c h a n i c a l p r o pe r t y； ant i flo a t ； e c o n o mi cp e r f o r ma n c e 0 引言 现浇混凝土空心楼盖是在现浇楼板中按照一定规则埋置 永久式空心内模， 经现场浇筑混凝土形成内空腔 ， 而楼盖承载 力基本不变的一种全新现浇结构体系 。 该技术是将新型、 有效 的结构概念引入建筑， 打破传统结构模式， 力学性能更加合理。 近年来， 现浇混凝土空心楼盖以优越的建筑功能和结构性能日 益受到欢迎， 并大量应用于大跨度和大荷载、 大空间等公共、 住 宅和工业建筑的楼板结构中。 基于现浇混凝土空心楼盖的优点， 为合理使用这种新型结构 ， 本文就空心楼盖的设计原理 、 力学 性能、 施工控制要点及综合经济优势进行了探讨。 1 空心楼盖设计原理 按照传统的设计原理， 在钢筋混凝土受弯构件中， 拉力和 压力集中在混凝土楼盖截面 的下部和上部 构成抵抗力矩 ， 而截 面中部对抗力的影响很小。 若将中部混凝土除去一部分， 形成“ 工” 字形或圆孔截面构件， 其抗弯承载力基本未受影响。 基于这一原 理， 在现浇钢筋混凝土楼板中放置薄壁芯模， 形成空腔， 沿顺管 方向楼板的正截面就变成了“ 工” 字形截面， 垂直管方向楼板的 正截面变成了平面外有联系的“ 工工工工” 字截面。 通过对各种 板跨和荷载情况的现浇空心板的计算 ， 发现混凝土受压区高度 x = O 0 2 - - 0 0 3 m之间时， 中和轴通常都在受压翼缘内， 属于第一类 截面。 这种结构体系的受弯承载能力与等厚实心板基本相同。 ( I ) 空心无梁楼盖体系按照“ 空间等代框架” 的原则进行计 算 ， 柱与柱之间布置暗梁， 通过现浇实心暗梁与现浇空心楼盖 上下翼缘紧密接合形成加强的扁框架梁。 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 0 1 6 ( 2 ) 空心楼盖垂直管方向楼板内配置了肋间钢筋 ， 可形成 空间桁架的传力构件； 垂直管方向最薄弱处仅存在上下翼缘， 为 了保证上下翼缘共同工作且在垂直管方向有可靠的传力途径， 必须采取相应措施提高楼板的整体性 ， 所以空心管的排放为一 根根对接， 中间留一定长度的肋以增强楼板整体性， 使楼板形 成 明显的双向受力特性。 ( 3 ) 空心楼盖沿顺管方向为“ 工” 字形截面， 有可靠的传力 保证。 基于面积相等和惯性矩相等的原则， 当考虑顺管方向的管 端肋部分对板刚度的影响后 ， 空心楼板在两个方向上的单位线 刚度相等。 因此可以将现浇混凝土空心楼板简化为等效实心楼 板进行计算 。 目前， 不少文献已通过设计实例2 _ 3 】和有限元计算口 _ 町 ， 验证 了空心楼盖按照等效实心楼板计算的合理性。 运用计算分析软 件如 P K P M 软件可以计算现浇混凝土空心楼盖， 常用的方法有 “ 等代框架法 ” 、 “ 拟梁法 ” 等 。 2 力学性能分析 现浇混凝土空心楼 盖在顺管和横 管两个方向 的刚度不 尽 相同， 受力情况也有区别 ， 而实心混凝土楼盖则假定两方向的 刚度相同， 具有各向同性的受力特点。 但从受力计算方面两者又 有共同点， 就是楼板各方向先产生变形 ， 再通过各方向变形协 调 ， 产生楼板的边界内力 。 因此尽管两种板材的刚度分配方式不 同， 但它们都通过变形协调来调整内力。 根据文献 3 8 】 的分析， 以下结论可供参考。 ( 1 ) 按等效实心楼盖计算 3 】 的简化设计方法可以适用于空 心楼盖的整体受力概况， 但不能反映空心楼盖局部应力分布细 9 9 节信息。 ( 2 ) 现浇空心楼盖的刚度大、 整体性强、 受力性能类似于实 心楼盖 ， 主要表现在空心楼盖的应力和应变分布趋势均与实心 板类似， 但是空腔的存在使空心楼盖在局部的位置出现应力和 应变较大的现象。 因此， 在设计阶段要保证空心管上下较薄位置 有足够的双向配筋。 ( 3 ) 混凝土空心楼盖 的计 算仍可按弹性薄板理 论进行 ， 即 可以按等效实心平板受力体 系相 同考虑 ； 在四边支承板 的四个 角和跨中位置的应力和应变都比较大， 设计时对这些位置可以 布置钢筋网片来加强。 ( 4 ) 除去中和轴附近的部分材料， 对混凝土楼盖的整体刚 度削弱很少， 而对楼盖的自重荷载减少是十分明显的， 这一点 能有效地解决由于大跨厚板带来的自重过大的不利影响 ， 但在 工程设计中应保证楼盖 的一些构造要求 ： 楼盖的上下表层的 混凝土厚度应不小于 5 0 miT l ， 以确保钢筋的保护层厚度； 芯 管之间的净距不小 于 5 0 mm； 应采取措施将芯管均匀布置在 截面的中央， 提高空心楼盖的整体受力性能。 ( 5 ) 空心楼盖破坏属于适筋破坏 ， 延性好， 无剪切破坏裂 缝； 试验值与按现行规范的计算承载力值吻合较好 ， 挠度和裂 缝均满足规范要求 ， 能满足正常工作条件。 ( 6 ) 空心楼盖在 柱端截面周边呈现更显 著的 内力集 中区 ， 这说明柱端抗冲切 承载力在进行结构设计时起控制作用 l8 1。 在实际工程设计中， 可以按等效实心楼盖的简化方法计算 空心楼盖 的内力 和配筋 ， 但 必须采取构造措施 ， 以加强空心楼 盖的薄弱部位。 3 施工控制要点及技术优势分析 抗浮是混凝土空心楼盖施工 的一道关键技术。 现浇混凝 土 空心楼盖施工中， 筒芯的水平移动、 上下浮动以及楼盖整体上 浮是影响楼盖质量 的最重要因素 。 3 1 施工 工 艺流程 采用 高强薄壁 内模 的现 浇混凝土空心楼盖具 有独特 的施 工工艺特点， 其施工工艺流程： 测量放线一搭设模板支撑系统一 安装底模板一在模板上弹线 、 确定芯模的安装位置 、 底板钢筋 及管线预埋的位置并弹好墨线一绑扎底板钢筋、 设置钢筋保护 层垫块 一安 装 模模 座 和预埋 管线 一绑 扎纵 横肋 的钢筋 网 片一底层 钢筋 验收一安装 、 固定芯模一绑 扎面层钢筋 、 做好预 留预埋搭设施工架空便道、 安装混凝土输送管一浇捣? 昆 凝土一 混凝土养 护、 拆模 。 3 2 施 工控 制要点 空心楼盖在泵送混凝土浇筑过程中产生的浮力效应尤为 突出。 由于高强薄壁内模较轻且两端封闭， 在流体混凝土中， 内 模要排出混凝土体积， 必然会受到很大的上浮力； 另外， 混凝土 振捣时骨料下沉， 容易沉积在芯模底部， 造成芯模受挤压上浮而 无法回落。 因此， 抗浮是施工难点， 必须采取综合施工技术措施。 ( 1 ) 固定控制抗浮： 当 H ： 模安放定位符合设计要求后， 为了 空心管的浮力能够传到有效的固定点而确保其不浮起， 必须设 置抗浮点( 图 1 ) 。 通常做法是 ： 先将芯模牢固的绑扎于板底一排 钢筋上， 再用双根铁丝扣在底层钢筋交叉点并穿过模板固定在 支撑系统的钢管上( 图 2 ) 。 ( 2 ) 浇筑方式 抗浮 ： 混凝土布料机顺 管平 行方 向进行 浇 筑 ， 多人随机从管两侧进行振捣 ， 宜采用 3 0 n l t l 的振动棒 ， 并控 1 00 _ - j _ 一 J I - q _ J _ _ 、 、 、 I 。 l I I l 00 底 筋 芯模 固定点 ：每根 管 3 处 固定在底筋上 图 1 某工程 内模抗浮点布置示意图( 单位 ： mm) 图 2 固定在钢管支架上 的抗浮点 制振捣间距 ， 不能过振 ， 否则混凝土会挤人芯模底部 ， 导致局部 芯模上浮。 在保证混凝土不出现冷缝的情况下， 分上下两层浇 筑混凝土， 先浇筑 2 3 板厚， 待本板块一层浇筑完毕 ， 立即进行 二次浇筑， 轻震后， 采用平板振动器沿芯管垂直方向振捣板面， 最后人_T收抹平整。 ( 3 ) 作业人员控制 ： 施工措施再好 ， 就怕作业人员走调。 所 以， 浇筑作业前要进行切实的技术交底， 提高作业人员操作水平 ， 控制好作业顺序、 振捣方式、 振捣力度等。并要派专人现场跟班 作业 ， 及时对已成型楼盖混凝土进行跟踪检测。 3 3 施工技 术优势分析 传统的肋梁楼盖或井字梁楼盖 ， 跨度在 6 8 m左右， 柱距 范围内存在平行或十字交织的次梁， 给现场施工带来许多不便。 与传统楼板施工技术相比， 空心楼盖施工技术最大的区别与优 势是 ： ( 1 ) 楼板 区格 内无 次梁 ， 模板基本上不 用破坏 ， 整 块拼装 ， 使模板的周转次数明显增长， 大大降低了模板成本。 ( 2 ) 模板工程的支模速度明显加快， 整板铺放整块的模板， 不用支次梁模板 。 ( 3 ) 钢筋绑扎更容易 、 快捷 。 传统楼板的主梁次梁交织处的 钢筋绑扎非常繁琐 ， 而空心楼板区格内无次梁， 楼板的钢筋完 全在 一块整板上绑扎完 毕 ， 不仅钢筋绑扎更容易 ， 而且也 减少 了钢筋的截断工序和钢筋的损耗 。 ( 4 ) 拆模更快速方便。 传统楼盖的模板不容易拆卸 ， 拆下的 模板破损较多。 而无次梁的空心楼板拆模只要按顺序依次拆下， 拆模不费力气 ， 模板完整 。 ( 5 ) 抹灰比传统楼板容易。 楼板区格内无次梁， 可以省去若 干条阴角线和阳角线的抹灰工序； 楼板区格内平整， 甚至可以 省去打底灰这道工序， 节省人工和材料， 也加速施工进度。 4 综合经济优势分析 薄壁筒芯空心楼盖因其能显著改善建筑使用功能而取得 了长足的发展， 但在应用过程中其真实的经济性能常常受到质 疑， 因为业主 、 设计人员往往更加直接关注楼盖自身的造价状 况 ， 严重制约和影响着该项技术更为广泛的推广应用。 ( 1 ) 层高 降低带 来的经济优势 ： 通常采用 现浇有梁空 心楼 盖时， 可平均降低层高2 0 0 3 0 0 m m左右； 而采用无梁空心楼盖， 则可平均降低层高 3 0 0 - 4 0 0 mm。 取降低层高 3 0 0 mm分析， 一 般每降低 1 0 0 m m层高， 可降低本楼层土建综合造价 1 5 。 若框 架结构土建造价取 9 0 0元 r n 2 ， 即采用空心楼盖降低框架梁高度 一 般可节省土建综合造价 4 0 5 元 m 2 。 可见采用空心楼盖能有效 降低 3 0 0 层高以上， 具有一定综合经济优势。 ( 2 ) 空 心大板带来 的经济优 势 ： 大开间的柱 网中采 用空心 楼盖取消次梁 ， 甚 至框架主梁也极为扁平。 板底管线安装更加顺 直流畅( 图 3 ) 。 在有 自动喷淋消防系统的房屋中， 大约可节省水 、 电设施费( 含减少喷头、 管网等费用) 约 1 8元 m： 。 观瞻和方便使 用方面也是传统的有粱实心楼盖无法 比拟的。 图 3 某地下室管线安装的效果图 ( 3 ) 吊顶装修带来的经济优势 ： 无次梁甚至无框架梁的大 平板获得了较好的使用空间， 提高了室内的视觉、 采光和通风 效果， 给装修及吊顶明显带来方便， 减少或节省吊顶的费用。 ( 4 ) 建筑体积变化带来的经济优势 ： 建筑物层高的降低减 少了井道、 管线和各层围护结构的费用。 随着层高的降低， 装修 的简洁化， 建筑体积随之压缩对于照明、 空调、 暖通等长久能耗 的节省亦具有 十分 明显的经济效益 。 ( 5 ) 地下建筑部分的经济优势： 空心楼盖在不增加钢筋用 量和混凝土用量的前提下大幅度降低层高。 地下建筑中非人防 部分一般可节省层高 3 0 0 4 0 0 n u n ， 人防建筑中一般可节省层高 4 0 0 5 0 0 mm， 这样两层地下建筑中通常可以降低层高 7 0 0 9 0 0 mr l l 。 同时， 地下室土方开挖量减少、 抗浮桩大量减少、 边坡基 坑支护节约、 钢筋混凝土外墙防水抗渗等级变化等节省的费用 都很明显 。 ( 6 ) 功能改善带来的经济优势 ： 楼盖的封闭空腔技术大 大减少了噪音的传递， 克服了上下楼层间的噪音干扰， 隔音效 果良好； 封闭空腔结构减少了热量的传递， 使隔热 、 保温性能 得到提高； 自由间隔、 灵活吊顶等使用功能明显改善。 建筑物 功能改善既是开发商增值的卖点， 也是用户满意的买点。 所以， 采用了空心楼盖的房屋提高销售价格或加快售出带来的经济 上接第 7 9页 参考文献 ： 【 1 雷倩倩 建筑垃圾四处流浪， 究竟何时有个家 】 南国早报， 2 0 1 0 0 7 1 9 ( 9 ) 2 庞永师， 杨丽 建筑垃圾资源化处理对策研究 J 1 建筑科学， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 1 ) ： 7 7 7 9 f 3 J3 赵俊建筑垃圾的减量化与资源化 J 1 l粉煤灰， 2 0 0 1 ( 2 ) ： 3 - 6 ( 4 】 刘婷婷， 张涛再生混凝土研究现状和存在的问题2 0 0 5 ( 4 ) ： 5 8 6 0 5 俞淑芳 建筑垃圾的综合利用l J 国外建材科技， 2 0 0 5 ， 2 6 ( 2 ) ： 3 6 】 侯景鹏 ， 宋玉普， 史巍。 再生混凝土技术研究与应用开发【 J 1， 混凝土 ， 效益可能超越各项技术经济 的总和。 5结 语 现浇钢筋混凝 土空心无梁楼盖是 近年来发展起来 的一种 新型混凝土结构类型， 该技术已成功地应用于公共、 住宅和工 业建筑 的楼板结 构中 ， 工 程实例遍布全 国 ， 为现浇混凝 土空心 楼盖技术的广泛应用提供了实践经验。 本文就现浇混凝土空心 楼盖的技术经济性能从 3个方面进行了分析： 首先， 介绍了将 空心楼板简化为等效实心楼板进行计算的设计原理， 指出了混 凝土空心楼盖力学性能更加合理； 其次， 总结概括了混凝土空 心楼盖施工控制要点和施工技术优势， 指出了抗浮是混凝土空 心楼盖施工的关键技术措施 ； 最后 ， 综合分析了混凝土空心楼 盖的经济优势， 现浇混凝土空心楼盖技术的市场潜力巨大， 推广 应用前景广 阔。 参考文献： 1 C E C S 1 7 5 ： 2 0 0 4 ， 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程 s J _北京 ： 中国 计划出版社， 2 0 0 5 2 单燕菁 现浇混凝土空心楼板的简化计算及应用 厂西工学院学 报 ， 2 0 0 7 ， 1 8 ( 1 ) ： 7 6 7 9 3 简政 ， 赵良华， 许跃湘 现浇混凝土空心楼板计算方法的研究和计 算I J 西安建筑科技大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 8 ( 3 ) ： 3 3 9 3 4 3 4 李海涛， 刘立新 ， 苏小卒， 等 柱支承筒芯内模现浇空心楼盖有限元 分析 J 1 _郑州大学学报： 工学版， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 2 ) ： 2 9 3 0 5 冯大权 现浇混凝土 C B M自稳定内膜空心楼板的工程应用 J 】 _化工 设计 ， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 4 ) ： 4 5 4 6 6 】王志云， 陈昌平， 等现浇混凝土空心楼板的结构计算及施工方法【 J 大连大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 8 ( 3 ) ： 8 O 8 3 7 李海涛 ， 苏J 卒， 刘立新， 等 筒芯内模现浇空心楼盖设计的实用方 法建议 J 结构工程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 2 ) ： 1 - 5 8 周庆， 邹银生现浇混凝土空心楼盖受力特性研究f J 】 建筑科学与工 程学报， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 4 ) ： 5 7 6 0 9 傅礼铭 现浇混凝土筒芯空心楼盖经济分析【 J J _建筑结构 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 3 ) ： 8 5 8 6 1 0 傍 景良 基于泵送混凝土条件下大跨度空心楼盖筒芯综合抗浮技 术J l_ 四川建筑科学研究， 2 0 0 9 ， 3 5 ( 3 ) ： 2 6 8 2 7 1 1 1 邱则有 现浇混凝土空心楼盖 M 】 - 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 7 作者简 介 联 系地址 联 系电话 王潇5 11 ( 1 9 6 5 一 ) ， 男 ， 硕士， 副教授， 注册一级建造师 ， 注册 监理工程师 ， 研究方向： 主要从事建筑结构基本理论及应 用研究。 广州市天源路 7 8 9 号 广东交通职业技术学院( 5 1 0 6 5 0 ) 1 37 2 98 8 51 6 3 2 0 0 1 ， 8 4 ( 2 ) ： 9 - 1 1 【 7 宋瑞旭， 万朝均， 王 中， 等 高强度再生骨料和再生高性能混凝土的 研究们 混凝土， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 9 3 1 【 8 B OS S I N K B A G， B R O U WE R S H J H C o n s t r u c t i o n w a s t e ： q u a n t i fi c a t i o n a n d s o u r e e e v a l u a t i o n J J C o n s t r E n g Ma n a g ， 1 9 9 6 ， 1 2 2 ( 1 ) ： 5 5 - 6 0 作者简介： 李贞( 1 9 8 7 一 ) ， 女， 硕士研究生。 联系地址： 广西南宁市厂西大学化学化工学院 A 2 6 4 信箱( 5 3 o o o 4 ) 联 系电话 ： 1 3 6 6 7 8 8 8 2 0 4 1 Ol