薄壁箱体及在现浇砼空腹楼盖中的应用
日照港工程设计咨询有限公司 刘俊欣 日照市润达设计院有限公司 王寿永 日照建筑设计研究院有限公司 徐 建
【摘要】薄壁箱体在工程建设中正逐步推广，但是由于对此技术了解不深，造成设
计、施工等环节出现偏差，影响了该技术良性发展。本文试图通过对此技术描述及分析，消除不当认识，更加合理、准确地运用该项技术。
【关键词】薄壁箱体 空腹楼盖 设计 施工 比较
随着日照城市建设的飞速发展,对居住、工作环境的要求逐步提高,按照常规思路设计的大柱网建筑面临较多约束。薄壁箱体在现浇空心楼盖中的应用，可节约砼用量，减轻结构自重，降低工程造价，减少地震作用；还可较方便的实现大开间，增大使用面积，在保证使用净高度的条件下，可降低结构层高，对于有高度限制时可增加楼层。同时，该技术符合国家倡导的建设“节能省地型建筑”的要求和建筑产业政策，具有良好的社会效益和经济效益。在2005年于上海召开的“全国现浇砼空心楼盖结构技术交流会议”之后，因采用此技术会明显降低建筑结构总体造价，受到建设项目业主的欢迎，从而得到大面积推广。据统计，日照地区采用此技术的工程项目累计超过50个，分布于办公、商场、学校、住宅、体育场馆、工业厂房及地下车库顶盖等。但由于部分工程参建主体对此技术了解不深，实践中出现很多设计、施工措施不当及存在浪费现象等问题，笔者意欲通过本文，起到抛砖引玉作用，请不吝指教。 1、 现浇砼空腹楼盖的特点
现浇砼空腹楼盖是由主梁或宽扁梁构成柱网,次梁采用密肋梁,由纵横两个方向的密肋梁交叉,形成安放簿壁箱体的网格,双向钢筋砼密肋梁共同构成网状正交的“工”型或“T”型截面暗密肋梁空腹楼盖水平结构的体系。该方案与原有技术“筒芯作内模的空心楼盖”相比，空心率更大，节省钢筋和砼用量，双向受力明确、结构合理安全可靠。目前，此类技术主要有薄壁方箱（蜂巢芯）以及BDF箱体空心楼盖两种类型（专利权分属邱则有和王本淼）。网梁楼盖（叠合箱）不属于此类技术范畴，并且由于造价及施工速度方面无优势而逐渐淡出市场。 1.1、综合造价降低、施工工期缩短
采用现浇砼空腹楼盖结构体系后，由于绝大多数工程项目无明梁，无需吊顶，减少了楼盖因主、次梁原因需吊顶装饰的投入。较框架结构而言，无梁楼盖体系在同样净高的条件下，能够明显降低层高，从而降低建筑物总高，减少结构总质量，减少基础荷载，有利于抗震。具体节约钢筋5%-35%；节约砼10%-40%；节省模板15%；加快施工进度1/4，降低层高300-700mm,结构综合造价可降低5%以上，具有明显的社会效益和经济效益。 1,2、适用范围广
该项目技术适用于大跨度、大荷载、大空间的建筑。如：写字楼、教学楼、商住楼、商场、宾馆及地下停车场等工业与民用建筑，同时也可应用于桥梁建设。 1.3、改善使用功能 拓展实用空间
现浇砼空腹楼盖是在不影响楼盖整体刚度的前提下，安放轻质薄壁箱体内模，将剩余的砼“掏空”，达到主体结构的框架梁高可以明显降低，甚至可以做到与肋梁等高，形成无梁楼盖，从而可以降低建筑物层高或增加净空高度 ；同时由于结构受力性能的改善，不受承重墙的约束，房间可以任意隔断，满足用户对空间大小的个性化需求。 1.4、成熟的设计技术 可行的施工方法
按照GB50010-2002《混凝土结构设计规范》和《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》
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- 2 - bLh楼盖厚度h1上冀缘高度bb肋梁宽度h3箱体高度图三L箱体边长h2下冀缘高度D预留贯通孔洞h2h3（CECS175：2004）及国家相关规范进行现浇空腹楼盖设计，也可应用现有的结构设计软件完成。
由于现浇砼空腹楼盖大多采用无梁楼盖结构体系，免除了明梁模板的制作安装，虽增加了内模安装，但内模安装较为简便，因此与传统结构相比，施工工期缩短。同时楼板底面平整，使消防设施、空调送风管道等设备的安装简单化。 1,5、隔音、隔热、保温、环保效果佳
该楼盖采用封闭空腔成孔技术，抑制了上下楼层声波的传递，克服了上下楼层噪音的相互干扰，楼板隔音率大于45db；同时导热系数、热传递，热阻值等参数能满足建筑节能标准的要求，保温隔热性能得到显著的改善，特别对空调系统来说降低空调费用20%以上，为图书馆、教学楼、商住楼、医院等提供了一种隔音隔热，保温环保的新型材料的应用技术。 1.6、减少了因吊顶装饰造成的消防隐患
由于现浇砼空腹楼盖无需进行吊顶装饰，既节约了装饰费用，又减少了因可燃性装饰材料带来的消防隐患。
1.7、刚度大、变形小、提高抗震性
空腹楼盖采用整体现浇技术，从而增加了建筑结构的整体性，刚度大、变形小提高了抗震性能；由于自重减小，减少了地震反应，对整栋建筑的抗震更为有利。 1.8、采用新技术、新材料、新工艺、新产品和满足节能省地的要求
该项目能满足建筑科技发展要求，突出“四新”，对国家倡导的资源节约型和环境友好型也是吻合的。又因为不设明梁，降低了层高，符合建设部所提倡“节能省地型建筑”的要求。 2、现浇砼空腹楼盖的发展过程（以BDF技术为例） 为解决非抽心成孔问题，1993年开始研究薄壁筒芯作为现浇空心楼盖的成孔材料,于1998年试制成功“混凝土薄壁筒体构件”并获国家专利授权。薄壁筒体构件质量稳定、价格合理,完全可以满足现浇混凝土空心楼盖设计、施工的要求,2000年建设部主持通过评估。 BDF薄壁筒体构件的问世为现浇混凝土空心楼盖结构提供了一种性能可靠、质量稳定的内模形式。埋置BDF薄壁筒体构件的现浇混凝土空心楼盖多为无梁楼盖，重量轻于实心楼盖，可节约混凝土用量，降低结构自重、工程造价，增强了抗震作用；还可较方便地实现大开间，增大使用面积；降低结构层高，对于有高度限制的房屋可增加楼层，取得良好的经济效益；这种现浇空心楼盖同时还具有良好的隔声、隔热性能。2009年10月住房与城乡建设部成果鉴定会建议下步在《混凝土结构设计规
φφφaaaφ范》修订中列入此项内容，
已更好地推广，造福社会。
h楼盖厚度φ筒体直径a筒体间距h上冀缘高度h下冀缘高度 2.1.1经过足尺试验，现
图一浇砼空心楼盖芯模纵管与
横管两个方向的刚度不一致，当用于柱支承的双向板(无梁楼盖)或边支承的
bLb双向板中时，就存在着顺管的单向性与
b肋梁宽度L箱体边长h楼盖厚度受力的双向性之间的矛盾，给结构设计图二h上冀缘高度h下冀缘高度h箱体高度带来困惑。另外，这种空心板的空心率是比较低的，当板厚为300mm时，整个楼盖的空心率仅为20％左右（如图一）。 Dh12h123hh1h2h3h1h2φh1
2.1.2提出了用薄壁箱体代替圆管的空腹楼盖方案，目的是为克服上述缺点，并对薄壁箱体的材料、制作、运输；空腹楼盖的结构形式；空腹楼盖的施工工艺等进行了研究（如图二、图三）。实践表明，本项目的研究开发对于改进和发展现浇砼空腹楼盖技术是具有重要意义的。为了促进该技术的发展，组织了该空腹楼盖受力足尺试验，专利持有人王本淼教授参与了《现浇混凝上空心楼盖结构技术规程》(CECSl75：2004)、《现浇混凝上空心楼盖结构标准图集》编制，设计软件(Start)的开发。
3、薄壁箱体的生产工序及知识产权 3.1建立独立自主的知识产权
2002年申请了“薄壁箱体现浇砼空腹板用薄壁箱体”专利，专利号：ZL02282207．0： 2004年又申请了系列专利，其中“一种小密肋空腹楼盖”发明专利，专利号：ZL 200410082381．9 ；该专利揭示了现浇砼空腹楼盖的技术秘密，该技术将现浇砼空心楼盖发展到一个全新的水平。 3.2 薄壁箱体生产工艺
3.2.1提供一种重量轻、硬度大、结构合理、抗挤500005压、防裂价格合理的薄壁箱体是关键，经过大量试验，研制成功。薄壁箱体包括底板、框体和顶盖，用模具先做底板和框体五面体，然后再将带弧型盖合上，此法只能生产边长为500×500×H高度的薄壁箱体（如图四）。
2.2.2为了满足更大肋梁网格所需大边长的薄壁箱体，边长为900×900×H高度的薄壁箱体，又要保
图四证楼盖下翼缘板一次性浇灌密实平整，在薄壁箱体
中间预制预留孔洞，确保下翼缘板一次浇注密实（如图五、图六）。
2.2.3又为了满足更大肋梁网格的现浇砼空腹楼盖结构体系所需的大边长薄壁箱体，又要保证楼盖下翼缘薄板（厚18毫米）一次性浇灌密实平整又进行改进，在底板外表面为弧型凸起
且最少为两个，底板与顶盖上各有一个孔，底板与顶盖的孔通过封闭贯穿通道连接。贯穿通道从上到下呈喇叭状。薄壁箱体为整体密封，贯穿通道h与薄壁箱体框体之间呈密封图五状态。薄壁箱体的框体、底板和顶盖采用特种水泥砂浆制
850-900成，特种水泥砂浆中间加有衬物。薄壁箱体底板与顶盖之
间设立有支撑物。支撑物为连接框体四边的十字形板状
图六物。薄壁箱体采用塑料、有机材料或无机材料复合制成。
顶盖的上表面有弧形凸起。本方案中的 薄壁箱体由底板、
中间的框架和封顶的顶盖组成，并有预留孔洞，薄壁箱体的底板与框体通过模具一次成型，如图七所示，在模具的底部做成四个弧形，模具底面在弧形与弧形之间的凹起处留有制孔的
h
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850-900h
柱，其孔的位置与顶盖上的孔相对，在底板孔上安装有对应的管道模具，管道模具的另一端与顶盖上的孔相接，薄壁箱体的顶盖与底板、框体在同一时间制做，都采用特种水泥砂浆制造，当两侧模板在初凝时就镶入框体上，当完全凝固时整个薄壁箱体就成了一个密封的整体，顶盖与底板上的孔通过管道连接在一起，管道与薄壁箱体之间也是密封的，这样在现场浇注楼盖时混凝土砂浆不会渗到薄壁箱体内，（图七为薄壁箱体模具构成：箱盖模2、箱底模3、框体左右侧板4 、5，结构件6、上下孔7、8，弧型9、贯通道模、框体上下模板11、12）。 4、现浇空腹楼盖板的设计和构造要求
4.1空腹楼盖是在密肋楼盖的基础上，将楼盖下翼缘采取新工艺形成封闭空腔。空腹密肋楼盖可分为单向密肋楼盖和双向密肋楼盖两种。当建筑的柱网为方形或接近方形时，可采用双向空腹密肋楼盖。空腹密肋楼盖的柱距：对于普通砼一般不宜大于9m；对于预应力砼一般不宜大于12m，肋梁的间距一般为0.65~1.2m，肋梁的高度可
取跨度的1/30~1/35，肋梁的宽度为150~200mm，当柱距较小时，肋梁的间距和高度可相应减小。单向密肋楼盖一般用于长宽比大于1.5倍的楼盖，其短跨度不宜大于6.0m，肋梁的间距为650~800mm，肋梁高度1/20，肋梁的宽度100~120mm。
4.2空腹密肋楼盖中预埋的箱体为定型产品，确定密肋网格布置及选用密肋的截面尺寸时必须考虑箱体的规格尺寸，宜于合模。
4．3空腹密肋楼盖的板面最小厚度应根据肋梁的间距确定，当肋梁间距小于或等于700mm时，不应小于40mm；当肋梁间距大于700mm时，不应小于50mm。 4.4设计计算
4.4.1空腹密肋楼盖设计方法总体上分为两类，即离散化和连续化方法。
原先常用的利用PKPM软件进行计算的等代梁法属于离散法，这种方法只是近似计算，不能完全反映其受力特点，并且很难确定合理的扭转刚度折减。
连续化方法将空心板的微观上的纵横肋连续化，将空心板作为宏观的各向异性均质板进行计算。工程中的跨度与厚度比值在20-30之间，空心板的肋间距相对于跨度而言是一个小量，在总体上仍为板的受力特点，因此这种连续化的处理手法符合空心板的实际情况。目前普遍采用Strat软件进行精确计算。
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图七
另外，方盒空心板作为薄壁复合结构，仍体现板的整体受力特点。肋间板有轻度的应力滞后现象，但这种应力滞后是轻微的、小范围的，肋间板在总体上与肋梁达到等应力水平。可以认为整个肋间板作为肋梁翼缘，与肋梁一起参与整体受力。
《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》明确指出：空心楼盖的刚度按照等厚度的实心现浇板考虑。事实上，从计算结果可以看出，应力集中于柱帽，其次为暗梁，再次为肋梁，而对于板则部分区域为零应力，采用构造配筋即可。这与常规梁板结构的受力方式绝然不同。暗梁实际上是加强板带，并不是一般意义上的梁；因为暗梁的刚度与相应等厚度的空心板的刚度相近，起不到支撑大板的主梁的作用。按照梁板结构的惯性思维来考虑空心楼盖结构显然失当。 4.5构造要求
4.5.1楼板上翼缘中应配置双向钢筋网，每个方向按楼面板全截面计算的配筋率不宜小于0.15%，钢筋直径不宜小于4mm，钢筋间距不宜大于300mm。在柱顶托板所在的肋网格内，其顶面尚应附加加强钢筋网片。
4.5.2在肋梁中，配有负弯矩钢筋的区段（包括托板的范围内）因配置封闭的箍筋，在正弯矩区段可配置开口箍筋。
4.5.3正弯矩作用时肋梁按T形截面计算，负弯矩作用时肋梁按宽度等于肋梁底部宽度的矩形截面计算。
4.5.4空腹密肋楼盖次肋梁的钢筋延伸长度可采用平板无梁楼盖的规定。仅当采用分离式配筋
hDbLh楼盖厚度h1上冀缘高度bb肋梁宽度h3箱体高度图八造规定确定。
L箱体边长h2下冀缘高度D预留贯通孔洞时，其正弯矩钢筋宜全部伸入支座。楼盖主肋梁的钢筋延伸长度应按其弯矩包络图或梁的构
4.5.5不带边梁的空心密肋楼盖，其边肋上下应至少各设两根直径不小于16mm的通长筋，并配置构造用的封闭箍筋，以增强边肋的抗扭能力。
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h2h3h1