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1、第37 卷 第 6期建 筑 结 构2007年 6 月现代建筑的新型楼盖结构体系徐金声 薛立红 ( 中国建筑科学研究院 北京 100013)王三瑾 ( 中国建筑学会 北京 100835) 提要 总结了现代建筑的多种钢筋混凝土和预应力混凝土结构楼盖体系的技术性能、施工特点 、设计计算 方法的要点 。重点介绍了在跨度( 或柱网) 为6 12m 的多层与高层建筑中应用的三种新型的预应力混凝土楼盖结构体系 : 密肋板 、 空心板和夹层板,及如何合理地选择这些楼盖体系 。对 8. 4m 8. 4m 柱网的多种轻型楼 板组成的楼盖结构体系与常规的梁板和实心板进行了技术经济比较,提出了控制结构层高度、结构层折
2、算厚 度和结构自重的建议。 关键词 预应力混凝土 密肋板 空心板 夹层板 经济分析 结构层高度 结构层混凝土折算厚度New Structural Floor System of Modern Buildings Xu Jinsheng1, Xue Lihong1, Wang Sanjin2( 1 China Academy of Building Research, Beijing 100013,China; 2 The Architectural Society of China, Beijing 100835 ,China) Abstract: The technical characte
3、ristics related to design and construction of reinforced concrete and prestressed concretestructural floor systems in modern buildings are concluded. Three types of prestressed concrete structural floor systems including waffle slabs, hollow slabs and sandwich plates used in multi-storey and high-ri
4、se buildings with large span( or column grid) 6 12m are mainly introduced. Some economicanalysis data of variety structural floors with 8. 4m 8. 4m spanis also provided . At last , recommendations related tohow tominimize the depth of structural concrete slab and reduce the self- weight of structura
5、l floor are offered . Keywords: prestressed concrete; waffle slabs; hollow slabs; sandwich plates ; economic analysis ; depth of structural layer;depth of structural concrete slab0 前言现浇后张预应力混凝土楼盖同非预应力楼盖相比 ,经济跨度界限约为 6m,跨度或柱网越大 , 预应力混凝土楼盖的经济效益越明显 。预应力楼板结构的种类很多 ,其中有明显经济效益且技术成熟的新型楼盖有 :预应力混凝土密肋板 6, 7、空心板
6、和夹层板 9-11。将新技术成果应用到楼盖结构中有两个问题急待解决 :( 1)住宅设计规范( GB 50096 1999) ( 2003 年版)对跨度 、开间( 或柱网) 无论大小 , 一律规定层高“宜为2. 8m” ,而净高要求 2. 4m,即结构层厚度只有 0. 4m。( 2)多 、高层和超高层公共建筑与工业厂房跨度( 或柱网) 6 12m 的楼盖 ,无集中空调时( 含走道与侧墙通风),投资者通常限制层高为 3. 1 3. 2m ; 有集中空调时( 通风管道占层高 0. 4m) , 限制层高为 3. 5 3. 6m,而且净高均要求 2. 7m, 即结构层厚度也只有0. 4 0. 5m 。跨
7、度( 或柱网) 达 12m 时 ,限制结构层厚度0. 4 0. 5m 用常规的梁板是做不到的 。1 密肋板1. 1 技术特点( 1) 密肋板也称网格板 、华夫板( Waffle slabs) 或加肋板6, 7。实际上它就是实心平板在板底合理且有规律地( 格子形) 挖空所形成的板型 , 见图 1。一般采用正交或斜交于柱子轴线的方格形 。为便于钢筋与预应力筋的施工和满足卫生间地面结构标高降低的要求 ,宜采用正交的正方形格子为主 ,矩形格子为辅 ; 卫生间可用尺寸小一个型号的模壳 。图 1 密肋板示意还有一种外观像夹层板的密肋板( 专利技术),其填充轻质材料设在下层 ,紧贴底层模板 , 不拿出来 ;
8、 但拆模板后 , 要做板底面装饰 。底面装饰后成了“夹层板” ,但这种“夹层板”受力的截面为 T 形 , 故划归密肋板 。双层板的轻质下层板只起模板作用时 ,设计模型和计算方法同密肋板 。双层板吊顶与挂重的预埋铁件应事先设计在暗肋中 。88( 2) 密肋板的造型一般有 : 1) 全密肋 ; 2) 柱子周围实心 ,即平柱帽 ; 3) 柱间轴线上实心 , 即加柱上板带或称为柱上扁平梁 。前两种可视为板柱体系 ,后者宜视为框架扁梁体系 。( 3) 从结构性能( 抗震 、抗冲剪 、抗裂性和刚度) 与经济效益方面综合来讲 ,带有扁平梁和平柱帽的密肋板较为安全和经济 。当带有扁平梁的密肋板在地震力作用下的
9、层间变形不能满足要求时 ,可按抗震规范要求加高扁梁 6, 7。( 4) 预应力密肋板的常用跨高比 l h =30 35 ,可以满足结构层厚度 h 0. 4m要求 。1. 2 适用范围预应力密肋板用于大开间或大柱网 6 9m 的建筑时 ,其混凝土( 含平柱帽或扁平梁) 折算厚度 c= 100 160mm,同小开间或小柱网 3 6m 的非预应力实心平板厚度差不多 。此时 , 每层结构占用的高度为 200 270mm,与梁板结构占用的高度 400 600mm 相比小得多 。同预应力实心平板相比 ,每层楼盖( 计入吊顶与管线或者装修与隔音层之后) 只增加了高度 90 140mm,但板本身的自重减轻了
10、40 % 左右 , 因而经济效益较好 。结构自重减轻对抗震和地基与基础都有利 。因此 ,这种结构形式不受建筑高度和层数的限制 ,可与剪 力墙 、核心筒或筒中筒组合成各种建筑结构体系 。密肋楼板适用于公共建筑 ,宜在 6 12m 跨度或柱网的多 、高层和超高层公共建筑与多层工业厂房工程中( 可不加吊顶) 推广应用 。但不完全适宜住宅建筑( 高层建筑的地下汽车库例外),尽管其结构较实心平板经济合理 ,可是住户视觉感受欠佳 ,没有埋设管线的空间 。故用于住宅建筑时 ,宜加吊顶和隔音隔热层( 厚度 120mm),将管线埋设在隔音隔热层或吊顶内 。1. 3 设计要点和计算模型初步设计时 , 竖向荷载作用
11、下的双向预应力密肋板结构内力和挠曲变形可按T 形截面网格梁计算 6,7,即单位宽度上的等效抗弯刚度 BcEcIe a 的双向板或网格梁( 式中 Ec为混凝土的弹性模量 , a 为每小格板肋的中线间距 ,Ie可用 T 形截面小肋中-中的毛截面惯性矩) 。初步设计可查用建筑结构静力计算手册中的弹性薄板( 或网格梁) 小挠度理论计算结果的数据表 ,具体设计再用空间有限杆单元电算 。1. 4 设计和构造要求( 1) 住宅建筑的密肋板网格尺寸宜采用 600 600和 900 900 6。住宅的开间或柱网为 6 9m 时 ,柱网上有扁平梁的板肋总厚度可采用 170 270mm( 跨高比l h 35); 当
12、只有平柱帽或全密肋时 , 可采用 200 300mm ( 跨高比 l h 30) 。跨度( 或柱网) 7. 2 12m 的多层 、高层和超高层公共建筑及工业厂房的密肋板网格尺寸宜采用1 200 1 200和1 500 1 500,跨高比 l h 可用 30 35,配预应力的梁 、扁梁 、扁平梁6,7均可 。跨高比 l h 30 的密肋板 、扁梁或扁平梁均应验算挠度 ,特别是长期挠度 6。( 2) 每个格子的板面厚度可用 60 80mm ( 预埋管线用) 。当板面内不走任何管线时, 可减薄 20mm; 但不宜小于 40mm。( 3)密肋板的板面宜采用 550 级冷轧带肋钢筋R5 150 150或
13、 200 200 的点焊网片 ,位置居中 。( 4) 板肋中的平均预压应力宜控制在 2 4 N mm2,而扁平梁内的平均预压应力宜控制在 3 6 N mm2。这比预应力平板要大一些 ,故应验算预应力引起的弹性反拱和长期挠曲变形以及轴向压缩变形7。1. 5 施工特点密肋板的施工应采用快速工法6。模板宜采用聚丙稀塑料模壳的现有标准规格7的产品 。聚丙稀塑料模壳可以租用 ,也可购买 ,用毕之后折价回收 。一般每个模壳可周转使用 30 50 次 ,工程预 、结算时 , 定额中暂定为 20 次 。国内外多年的工程经验表明 ,木模壳 、钢模壳 、玻璃钢模壳 、钢丝网水泥预制和泡沫塑料模壳( 后两种是一次性
14、埋入混凝土楼板中 ,不周转使用) 等均不如 塑料模壳经济 耐用 。目前 几乎都 用塑料模壳7,混凝土现浇成型 。混凝土面层必须按施工规范和有关专门技术要求6加强养护 , 以免薄板底面产生干缩裂缝 。2 空心板2. 1 技术特点预应力空心板中常用的是圆孔板 ,是将空心薄壁圆管埋入实心板内形成的 ,见图 2。图 2 圆孔板示意薄壁圆孔管适宜于成组排列 , 每根管子间隙 40mm ,( 文 2 要求 50 mm),但每组间隙内设预应力筋时( 含纵向和横向) , 间隙还应大一些 ,如用 1 3 根无粘结抛物线形的预应力筋时 , 间隙宜用 80 120mm。一般情况下 ,跨度为 6 9m 时 ,预应力圆
15、孔板厚 180 250mm,文 2 要求圆孔板厚 180 mm( 混凝土折算厚89140 180mm); 当跨度为 9 12m 时 , 板厚 250 320mm( 混凝土折算厚度 180 210mm,较重) , 跨高比 l h 40 。圆孔板的孔顶和孔底最小厚度应 40mm2,以便横向钢筋通过 。圆孔板的缺点是自重较大 , g =4. 5 5. 3 kN m2。预应力空心板的常用跨高比 l h =35 40,可以满足结构层厚度 h 0. 4m。目前还有圆球( 挪威国家专利技术) 和箱形模壳的空心板( 箱形的混凝土肋宽 bw80 mm) , 都是专利技术产品 。圆球形模壳空心板的缺点是排空量太低
16、 ,箱形模壳空心板和圆孔板的缺点是没有埋设管线的空间 。管线宜设置在板上的建筑装修与隔音层内 ,增加高度 80mm,或者设置在板下的吊顶内 。2. 2 适用范围预应力圆孔板主要适用于多层与 10 层以下建筑跨度 6 7. 5m的楼板 ,可克服梁板结构占层高太多和避免实心平板结构自重太大的缺点 。一般情况下 ,比普通混凝土实心板减轻楼板自重 30 %左右 。圆球和箱形模壳的空心板宜用作双向板 ,而且预应力筋可以在两个垂直方向穿过 。预应力箱形模壳的空心板自重较轻 ,适合于高层建筑中 7. 5 12m 和更大的跨度和柱网 。空心板应防止空心内积水 ,不适用于水下和基础工程 。2. 3 设计要点与计算模型垂直圆孔管方向预应力板的刚度可暂时用文 2的三种结构模型分析方法做内力计算 , 但该方向裂
