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现浇混凝土空心无梁楼盖

一、            概述

钢筋砼在建筑中占统治地位。但由于现代建筑对层高、自重、大空间、灵活间隔以及抗震等提出了更高的要求，人们致力于研究新的、更舒适的、技术经济效果更好的钢筋砼结构体系，因此高强薄壁管在中国率先实施了钢筋砼空心、无梁、无柱帽。将新型、有效的结构概念引入建筑。这项技术将使用的完善性颚式破碎机实现的经济性、实施的快捷性完美的统一。

l        现浇砼空心无梁楼盖与其它结构比较

1、与普通楼板比较：

（1）    施工速度快，省去了梁的支模工序，缩短施工工期40%左右；

（2）    减少模板裁损；

（3）    节约机械、周转材料的租用费用极其它不变成本。

2、与无黏结预应力无梁楼盖比较：

（1）    施工方便快捷、不需张拉；

（2）    开孔洞方便、射钉、电锤打孔，掉挂不受影响；

（3）    无柱帽、大平板、自重轻；

（4）    防火性能优良，不会因火灾丧失应力而结构破坏。

3、与实心砼无梁楼盖比较：

（1）    自重轻、竖向结构造价低；

（2）    跨度大（非预应力可达15米，采用预应力可达25米）；

（3）    开洞方便；

（4）    无柱帽、节省层高。

l        现浇空心无梁楼盖技术的优点

1、使用功能优良

实现真正的平板、无突出部位；开孔洞方便，射钉、电锤打孔，吊挂不受影响；防火性能好，不会因火灾丧失应力而导致结构破坏。

2、抗震性能好

刚度大、自重轻、挠度小、无柱帽、抗震性能好。

3、综合经济效益提高

该项技术的土建工程费用与一般钢筋砼框架结构基本持平，与一般的平板、无梁板相比，工程费用大大降低。对于采用集中式空调的建筑来说，板高比梁高减少0.4米左右，有利于水平管线，特别是空调管道的安装，因而提高了建筑净空。如果建筑仍按原来净高进行设计，则可以降低层高，等于增加了层数，增加了使用面积。给业主带来了可观的经济效益。与国内现有的实心无梁板颚式破碎机无黏结预应力砼楼板比较，节省钢材5%-8%,节省砼量10%-40%，节省竖向水、电、电梯、空调、内墙、外墙装饰费用5%-15%。

4、节约装修费用

平板，无需吊顶，同时层高降低了，也就减少了竖向的电梯、内外墙等装修费用，更重要的是减少了吊顶更新等经常性开支。

5、真正实现空间灵活间隔

此种楼板使分隔墙的真正任意布置成为可能。由于墙体可以任意移动，可以根据业主不同的要求度身订造出不同面积、不同开间的房间；业主也可以在房间内进行完全个性化的设计，而无需在结构上进行作改动。

6、施工经济、方便

 与普通梁板结构相比，减少了模板的损耗，减少了支、拆模板的人工费用，施工简便，可节省工期1/3,降低施工成本。与无黏结预应力无梁楼盖相比，不需张拉，一次成型，施工快捷方便。

7、隔音效果优良

该楼盖的封闭空腔技术大大的减少了噪音的传递，楼盖隔音效果提高了5-12分贝，解决了图书馆、教学楼、住宅、医院、疗养院等噪音问题。

8、隔热、保温性能显著提高

封闭空腔结构减少了热量的传递，使隔热、保温性能得到显著的提高，对于采用空调的建筑来说，大大降低了空调费用，而对大型冷库、储物库等，此种效益尤其明显。

l        现浇空心无梁楼盖的应用前景

现浇砼空心（高强薄壁管）无梁楼该技术是我国建筑结构领域的一项重大创新，、它为21世纪建筑现代化提供了技术支撑，是一种性能价格比优越、更符合人性的高技术水平的结构体系，具有巨大的社会经济价值。该技术自短短几年来，已成功地应用于各类建筑工程，应用面积达100多万平方米，创造社会经济价值效益超过1.5亿元，实例工程遍布全国，市场潜力巨大，推广应用前景广阔。

二、            设计方法

现浇无梁空心楼盖应归类于现浇空心平板之中，是采用与混凝土紧密结合的高强薄壁管现浇成型的空心平板。

高强薄壁管是一根一定长度两端封闭壁厚3~5mm的高强空心管，与混凝土共同工作具有优良的特性。

配筋计算时，平行布管方向可简化为“工”截面进行内力配筋计算，垂直布管方向时跨中板带截面按（如图1）进行内力配筋计算，柱上板带截面按（如图2）进行内力配筋计算。

l        结构布置

1、暗梁布置：根据建筑要求，在需要板底平整的柱与柱、柱与剪力墙布置暗梁，其高度取L/25~L/30（L为较大的柱距，板厚由刚度要求和满足板柱冲切要求计算确定），宽度取400~1200（具体由计算定）。暗梁高度与空心板厚度相同。在建筑不需要板底平整的地方（如外围框架、电梯井筒内）布置一般框架梁，梁截面按一般框架梁取值。

2、空心板薄壁管布置：对于一般纵横向柱距相近的楼盖，空心板的薄壁管布置可沿同一个方向布置；对于一方向柱距很长，另一方向柱距较短的楼盖，对于无梁楼盖颚式破碎机薄壁管的布置方向宜与柱跨度较大的方向平行，对于肋梁楼盖，薄壁管的布置方向宜与柱跨度较小的方向平行。薄壁管管段长950mm,段间留150~250mm砼肋（具体由满足砼肋内V<=0.07fcb2h的抗剪计算确定），肋内设双肢φ6-250的箍筋。

l        构造要求

1、空心板配筋构造参考“现浇砼空心楼盖结构说明”；

2、板中薄壁管间净距取0.08-0.30h,且不小于30；薄壁管顶管底砼厚取0.1-0.2h(h为板厚)，且不小于40；对于有暗埋线管的楼面，不少于50；同时板中空心管间净距应满足砼肋内V〈=0.07fcb2h的抗剪条件，板支座和板中混凝土受压区高度小于空心管顶、管底砼厚。

3、最小配筋率为0.2%，最大配筋率为1.2%。

4、空心率30%-50%。

5、薄壁管离梁边，预留孔洞边应不小于50。

6、空心板中给排水管顶预留洞，烟道预留洞处薄壁管断开，板钢筋绕过预留洞伸入支座，对于钢筋无法绕过预留洞的可将钢筋切断，但应在预留洞两边补足钢筋，且伸入支座。

7、厕所板下凹时，则在凹板边设暗梁，暗梁伸至框架梁支承。

卫生间楼面可下降80-360mm

三、            设计原则

设计计算方面，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。空心无梁楼盖沿顺管方向为“I”字形截面，有可靠的传力保证，在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一根对接，中间留肋以增强楼板整体性，使楼板形成明显的双向受力特性。

四、            设计说明

现浇空心无梁楼盖技术的适用范围：

1、大跨度和大荷载、大空间的多层和高层建筑。如：商业楼、办公楼、图书管、展览管、教学楼、车站、多层停车场等大中型公共建筑和工业厂房、仓库。

2、需要灵活间隔、或经常改变使用用途的建筑，如：宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等。

3、采用集中式空调的建筑。

4、有特殊隔音、保暖要求的建筑。

普通钢筋混凝土无梁楼盖结构的设计

1无梁楼盖结构体系的特点

无梁楼盖结构体系也即板柱结构体系。钢筋混凝土无梁楼盖是组成板柱结构体系重要的结构构件，它施工支模简单，绑扎钢筋方便，能提供较大的建筑净空，便于设备管道的布置与安装，减少建筑层高；在地下结构中采用，可以减少基础埋深，减少基坑土方开挖和基坑支护费用，当遇地下水位埋藏浅时，还可减少施工降水费用。

从结构传力途径方面来说，无梁楼盖结构竖向重力荷载直接由板传到竖向受力构件柱和墙，传力路径简捷。与一般的梁板式楼盖相比，它的楼板厚度较大，楼盖的材料用量较多，以无梁楼盖的经济跨度6米柱网为例，当活荷载标准值为4.0kN/m2时，双向无梁楼盖板的折算厚度为180mm,钢筋用量（按HPB235级钢筋和HRB335级钢筋计，直径大于等于12者用HRB335级钢筋，下同）在20kg/m2左右，普通梁板式楼板的折算厚度为140mm～150mm,钢筋用量在16kg/m2左右。

从结构受力特点方面看，无梁楼盖的抗弯刚度较小，柱上板带的内力要远大于跨中板带，柱子周边的应力高度集中，板与柱子连接部位的破坏形式为冲切破坏；板柱结构的抗侧刚度较普通框架结构要小，在水平风荷载或地震作用下，无梁楼盖结构的板柱节点部位会产生不平衡弯矩，这种不平衡弯矩的反复作用严重影响板柱节点的承载力。因此，国家新近颁布实施的混凝土结构设计规范和建筑抗震规范对板柱结构体系的使用从使用范围上及结构构造上作了规定。

无梁楼盖结构体系最早始于20世纪初的美国，大量应用是在第二次世界大战之后，主要用于高层公寓建筑。在我国，国内第一栋板柱结构试点建筑于1980年建成于四川成都，为六层住宅楼。陕西最早的板柱结构建筑为西安唐城百货大厦，建成于20世纪80年代初期。 在我国，无梁楼盖结构常用于商场，书库，仓库，冷库等类建筑。

在非抗震设防区采用无梁楼盖结构具有较好的经济和安全效益，在抗震设防区，当因城市规划需要房屋建筑高度受到限制时，采用板柱结构也会取得较好的经济效益，但应注意要采取针对性的抗震措施。

本文普通钢筋混凝土无梁楼盖所指为现浇实心的钢筋混凝土无梁楼盖，以区别于现浇空心楼盖。

2.无梁楼盖设计的一般规定

（1）无梁楼盖的柱网一般布置成正方形或矩形，以正方形比较经济，通常跨度为6米左右；

（2）无梁楼盖的柱网在每一方向不得小于三跨，以保证结构有足够的侧向刚度；

（3）无梁楼盖的厚度h由受弯和受冲切计算确定，且不应小于150，板的厚度与柱网区格长边计算跨度l0的比值为：无柱帽时，h/ l0不小于30，有柱帽时，h/ l0不小于35;

（4）无梁楼盖的周边应设圈梁，圈梁高度不小于板厚度的2.5倍；

（5）无梁楼盖柱帽的设置及尺寸一般由建筑美观要求和板的抗冲切承载力控制。

3.无梁楼盖内力的计算

现浇无梁楼盖结构内力的分析方法可分为三大类，线弹性分析法、考虑塑性内力重分布分析法和塑性分析法。我国升板规范中的经验系数法和等代框架法均属于线弹性分析法的范畴，是在对国内外无梁楼盖结构设计计算分析研究和试验的基础上，根据我国工程实践经归纳总结推荐的简化方法，要满足一定的条件。

3.1经验系数法

经验系数法是根据弹性薄板理论的分析计算结果，经归纳、总结、简化给出了竖向荷载作用下柱上板带和跨中板带在跨中截面、支座截面处的弯矩分配系数。计算时,先算出总弯矩,再乘以相应的弯矩分配系数即可得到各控制截面的弯矩。经验系数法板带弯矩分配系数如下表所示：

表3.1.1：经验系数法板带弯矩分配系数

截面位置		柱上板带	跨中板带
内跨	支座处截面	0.50	0.17
	跨中处截面	0.18	0.15
端跨	边支座处截面	0.33	0.04
	跨中处截面	0.26	0.22
	第一内支座处截面	0.50	0.17
注：1在总弯矩量不变的条件下，必要时可将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带； 2对边跨，当有悬臂板且悬臂长度较大时，应考虑悬臂板产生的弯矩对边支座和内跨弯矩的影响。

表中弯矩分配系数是在一定的条件下简化得到的，只要满足这一定的条件，各截面弯矩值的误差在工程设计允许的范围内。采用经验系数法要满足的一定条件如下:

（1）每个方向至少有三个连续跨;

（2）任一区格板的长边与短边之比值不应大于1.5;

（3）同方向最大跨度与最小跨度的比值不应大于1.2;

（4）活荷载为均布荷载，且不大于恒荷载的三倍。

当可变荷载为人防荷载时，考虑到在人防荷载作用下，构件支座处允许出现适当的塑性变形，产生内力重分布，人防设计手册[1]提供的考虑塑性内力重分布后的弯矩分配系数如表3.1.2所示:

表3.1.2：人防荷载作用下板带弯矩分配系数

截面位置		柱上板带	跨中板带
内跨	支座处截面	0.43	0.15
	跨中处截面	0.23	0.19
端跨	边支座处截面	0.38	0.20
	跨中处截面	0.23	0.19
	第一内支座处截面	0.43	0.15

黄成若等人，在试验分析研究的基础上，提出了考虑塑性内力重分布的弯矩分配系数。【2】如表3.2.3所示，表3.2.3为设有边梁时的板带弯矩分配系数。

 

 

 

表3.1.3：考虑塑性内力重分布板带弯矩分配系数

截面位置		柱上板带	跨中板带
内跨	支座处截面	0.42	0.15
	跨中处截面	0.24	0.19
端跨	边支座处截面	0.34	0.07
	跨中处截面	0.27	0.24
	第一内支座处截面	0.42	0.15

经验系数法中的总弯矩按下式计算，计算每一方向的总弯矩时，均假定可变荷载满跨布置。

M_X=qb_y(l_x–c_x/3)²/8

M_y=qb_x(l_y–c_y/3)²/8

式中，q—竖向分布荷载设计值;

c_X,c_Y—柱帽在弯矩方向的有效宽度，无柱帽时取零;

l_x, l_y–—无梁楼盖的计算跨度；

b_x,b_y—无梁楼盖竖向分布荷载的计算宽度。

3.2等代框架法

凡是不适合用经验系数法的，可用等待框架法来计算无梁楼盖的内力。应用等待框架法也有限制条件，即无梁楼盖任一区格长跨和短跨之比不大于3。

等代框架法是将整个结构沿纵、横向柱列划分为具有“框架梁”和“框架柱”的纵、横向框架，其框架梁的高度取板厚，框架梁的宽度取值与荷载的性质有观，当为竖向荷载作用时，取板跨中心线间的距离，当为水平荷载作用时，取板跨中心线间的距离的一半。

按等代框架法计算内力时，应考虑活荷载不利布置，最后得到的框架梁弯矩值按表3.2.1的弯矩分配系数进行分配。

表3.2.1：等待框架法板带弯矩分配系数

截面位置		柱上板带	跨中板带
内跨	支座处截面	0.75	0.25
	跨中处截面	0.55	0.45
端跨	边支座处截面	0.75	0.25
	跨中处截面	0.55	0.45
	第一内支座处截面	0.90	0.10
注1.在总弯矩量不变的条件下，必要时允许将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带； 2.对有柱帽的板，在竖向荷载作用时，所有截面的计算弯矩可乘以0.8的折减系数。

3.3弹性有限元分析法

应用中国建筑科学研究院编制的TAT和SATWE软件，再配合SLABCAD复杂楼板分析与设计软件，可以对无梁楼盖结构进行各种荷载作用下的分析与设计。具体方法和要求详见软件使用手册。

4.板柱节点的设计

要问无梁楼盖结构的设计重点，笔者以为当属板柱节点的设计。前已所述，无梁楼盖结构板柱节点的破坏属脆性的冲切破坏，且在水平荷载作用下，板柱节点部位会产生不平衡弯矩，不平衡弯矩在板柱间的往复作用，会大大消弱板柱节点的抗冲切承载能力。有关板柱节点的抗冲切验算现行混凝土结构设计规范【3】已作详细规定，在此不作论述，此处笔者仅根据设计经验及所搜集到的资料，对提高板柱节点抗冲切承载力的措施作以归纳，简述如下：

（1）结构布置时，尽量将无梁楼盖结构建筑设计成刚性方案，使水平荷载集中地由抗侧力结构承担，减小板柱节点部位由水平荷载产生的往复弯矩；

（2）结构布置时，应在无梁楼盖结构的周边设置边梁，利用边柱受扭卸去边柱、角柱板柱节点内由竖向荷载产生的一部分弯矩和剪力；纵横方向的柱网尺寸不应相差太大；每一方向的柱网不宜小于三跨；

（3）设置抗冲切钢筋提高板柱节点的抗冲切承载力，抗冲切钢筋有箍筋和吊筋；

（4）内埋钢结构抗剪键，提高板柱节点的抗冲切承载力，抗剪键可采用型钢制作，常用工字钢。构件的翼缘宽厚比和腹板高厚比应满足规范要求。

（5）当柱网尺寸较大时设置柱帽或托板；

（6）采用较高强度的混凝土，适当增加板厚。

参考文献

【1】北京市建筑设计标准化办公室主编，防空地下室结构设计手册。中国建筑工业出版社，2008年12月第一版。

【2】黄成若，郭富田等，钢筋混凝土无梁楼盖的弹塑性内力分析，混凝土基本理论及工程应用第三届学术讨论会论文集，湖南科学技术出版社，1993年。

【3】中华人民共和国标准，混凝土结构设计规范(GB50010-2010)，中国建筑工业出版社，2011年5月。