現(xiàn)澆空心樓蓋在某高層建筑中的應(yīng)用

王云杰 （安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

現(xiàn)澆空心樓蓋是一種按一定規(guī)則放置內(nèi)模或者外露面模后經(jīng)澆筑混凝土而形成的空腔樓蓋[1]，其具有混凝土用量少、自重輕、地震作用小及隔音、隔熱效果好等特點(diǎn)[2,3]，可較方便地實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)的要求，已經(jīng)在大跨結(jié)構(gòu)和地下室樓板等結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。同時，現(xiàn)澆空心樓蓋還具有增加樓板剛度、提高隔聲效果和降低結(jié)構(gòu)造價等優(yōu)點(diǎn)，特別是可以通過降低梁高來降低結(jié)構(gòu)層高，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比其它類型的樓蓋體系有明顯的提高，所以在高層建筑中同樣有著廣泛的運(yùn)用前景。本文結(jié)合具體工程實(shí)例介紹現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋在高層建筑應(yīng)用的設(shè)計分析情況。

2 工程概況

該項(xiàng)目為一棟高層辦公樓，用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)地下三層、與裙房相連部分（1～6層）和頂層采用普通梁板樓蓋體系，其余樓層均采用現(xiàn)澆空心樓蓋體系。本文針對結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和要求，采用多個程序建立不同的計算模型，對結(jié)構(gòu)的整體性能指標(biāo)和各工況下樓板的受力和變形進(jìn)行詳細(xì)的分析。

圖1 普通梁板樓蓋標(biāo)準(zhǔn)層平面圖

圖2 現(xiàn)澆空心樓蓋標(biāo)準(zhǔn)層建模情況

圖3 現(xiàn)澆空心樓蓋具體布置情況

圖4 外露模-蜂巢芯現(xiàn)澆空心板施工現(xiàn)場

普通梁板樓蓋與現(xiàn)澆空心樓蓋的標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖如圖1和圖2所示。現(xiàn)澆空心樓蓋是采用蜂巢芯外露模的空心樓板加暗梁的形式，暗梁高度與樓板厚度相等，外框梁采用800×900mm的明梁。圖3為外露模-蜂巢芯現(xiàn)澆空心板的布置情況，圖4外露模-蜂巢芯現(xiàn)澆空心板的施工實(shí)景圖。本結(jié)構(gòu)采用的蜂巢芯標(biāo)準(zhǔn)尺寸為900×900×350mm，面層厚度為60mm，底板（非結(jié)構(gòu)構(gòu)件）厚度為20mm。四個角部區(qū)域采用的是雙向等寬肋，肋寬100mm，其他部位采用雙向不同寬肋，外框與核心筒連接方向肋寬150mm，垂直該方向的肋寬為50mm。暗梁寬度為1000mm，在外框柱附近和剪力墻外角部設(shè)置實(shí)心區(qū)域，在剪力墻附近肋寬適當(dāng)加寬，以解決這些位置內(nèi)力集中的情況。

3 現(xiàn)澆空心樓蓋的分析方法

3.1 分析模型

本文參照《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T268-2012）中建議的計算方法，采用3種計算模型來模擬現(xiàn)澆空心樓蓋，一是采用盈建科軟件（YJK）自帶的空心板模型，二是采用擬梁法模型（YJK），三是采用擬板法模型（MIDAS/GEN）。

YJK自帶空心板模塊計算模型，能夠模擬實(shí)際蜂巢芯和板肋的布置情況，在四個角部采用雙向布置梁模擬等寬肋空心板（肋寬100mm），其他部位采用只沿暗梁方向布梁模擬空心板（沿暗梁方向肋寬150mm，與其垂直方向50mm）。

擬梁法模型中梁與空心板肋一致，面板當(dāng)作梁的翼緣，即梁為T字型截面考慮。同時，擬梁法應(yīng)滿足抗彎剛度相等、截面高度相等的要求。

擬板法根據(jù)《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T268-2012）中的規(guī)定，現(xiàn)澆混凝土空心樓等效為等厚度的實(shí)心板計算。對于角部區(qū)域，空心樓板兩個方向的肋寬相等，即為雙向同性板，其余位置由于兩個方向剛度不同，采用正交異性實(shí)心板在MIDAS/GEN中進(jìn)行模擬。

3.2 分析參數(shù)

針對以上三個模型，分別采用YJK和MIDAS/GEN進(jìn)行計算分析。計算參數(shù)如下：抗震設(shè)防烈度：7度，基本地震加速度為0.1g，第一組，Ⅱ類場地；結(jié)構(gòu)阻尼比：0.05。YJK自帶空心板模塊采用彈性板計算整體指標(biāo)，擬梁法和擬板法采用剛性隔板計算整體指標(biāo)。樓板等構(gòu)件分析均采用彈性樓板。值得注意的是，根據(jù)本結(jié)構(gòu)采用的空心樓蓋的特點(diǎn)，將暗梁視為空心樓板結(jié)構(gòu)的一部分，暗梁對板的支撐作用有限，所以在計算時不考慮板對暗梁的剛度貢獻(xiàn)，即暗梁的梁剛度放大系數(shù)取1.0。

4 分析結(jié)果

4.1 模型整體指標(biāo)

對空心樓蓋模型、擬梁法模型及擬板法模型分別進(jìn)行分析，小震作用下整體計算結(jié)果如表1所示。風(fēng)荷載作用下的計算結(jié)果如表2所示。

由表1看出部分樓層剪重比小于規(guī)范要求，設(shè)計中直接放大地震剪力以滿足樓層最小地震剪力要求。小震下和風(fēng)荷載作用下層間位移角等計算結(jié)果均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ

3-2010 ）[4]的相關(guān)要求。由表1和2可以看出三個模型計算的各項(xiàng)指標(biāo)基本一致，說明《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T268-2012）給出的擬梁法和擬板法均能很好的模擬空心樓蓋的性能，在設(shè)計過程中樓板與暗梁的配筋根據(jù)這三個模型的計算包絡(luò)值并結(jié)合空心樓蓋的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配筋。

4.2 空心樓蓋受力變形分析

4.2.1 內(nèi)力分析結(jié)果

為了考察現(xiàn)澆空心樓蓋在各工況下的內(nèi)力分布情況，分別采用三個模型計算了各個單工況（恒載、活載、風(fēng)荷載、地震荷載）作用下的結(jié)構(gòu)梁板的內(nèi)力。下面以MIDAS/GEN計算的擬板法模型計算結(jié)果為例顯示無梁樓蓋結(jié)構(gòu)樓板設(shè)計結(jié)果。

圖5和圖6給出了考慮小震和風(fēng)荷載下各組合工況的包絡(luò)設(shè)計內(nèi)力值。

以上分析結(jié)果可知，豎向荷載作用下，空心板在筒體支座處的負(fù)彎矩較大，且筒體角部及柱位區(qū)域存在明顯的彎矩集中，跨中彎矩較小。在設(shè)計中，在柱附近和剪力墻角部應(yīng)力集中的區(qū)域設(shè)置實(shí)心區(qū)域并加大配筋，在內(nèi)筒附近的空心板肋梁加寬，這些措施應(yīng)用在應(yīng)力集中或應(yīng)力較大的部位以保證樓蓋的安全。

塔樓模型整體計算結(jié)果 表1

塔樓風(fēng)荷載作用結(jié)果 表2

圖5 第9層空心板繞X軸單位長度彎矩包絡(luò)值(擬板法模型MIDAS/GEN)

圖6 第9層空心板繞Y軸單位長度彎矩包絡(luò)值(擬板法模型MIDAS/GEN)

4.2.2 樓板豎向變形

為了考察現(xiàn)澆空心樓蓋體系在豎向荷載作用下變形大小，圖7給出了恒載+0.5活載下第9層的位移計算結(jié)果。從圖示結(jié)果可以看出，MIDAS/GEN空心樓板在扣除邊界豎向變形之后，最大豎向變形值約為11mm，變形撓度約為1/1100，遠(yuǎn)小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010—2010）[5]要求。

圖7 D+0.5L作用下第9層空心板豎向變形(MIDAS/GEN)

5 結(jié)論及加強(qiáng)措施

本文采用了YJK自帶現(xiàn)澆空心樓板模型、YJK擬梁法模型和MIDAS/GEN擬板法模型分別進(jìn)行計算并相互校核，三個模型計算的結(jié)果一致。設(shè)計中取三個模型內(nèi)力的包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計。同時對空心樓蓋在各工況下的內(nèi)力和變形進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)果表明樓板受力、變形等均能滿足規(guī)范要求。針對該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采取了以下的構(gòu)造措施保證結(jié)構(gòu)的安全。

①《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

3.3.1 條文說明框架—核心筒結(jié)構(gòu)中，除了周邊框架外，內(nèi)部帶有部分僅承受豎向荷載的柱與無梁樓板時，不屬于本條所列的板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)。其主要原因是框架-核心筒結(jié)構(gòu)的核心筒相對于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻較強(qiáng)，核心筒成為主要抗側(cè)力構(gòu)件，結(jié)構(gòu)設(shè)計上也有更嚴(yán)格的要求。因此本項(xiàng)目雖然大部分樓層采用現(xiàn)澆空心樓板加暗梁板，但邊梁為明梁，因此結(jié)構(gòu)體系還是按框架-核心筒進(jìn)行設(shè)計，對于較為主要的核心筒，采用了加強(qiáng)措施。

②空心板在柱子與核心筒之間部位設(shè)1000mm寬暗梁，在外框設(shè)800×900邊梁，同時在外框柱附近和核心筒角部設(shè)實(shí)心板（距離柱邊1050mm，距離核心筒邊1050mm）。與核心筒連接部位的空心板肋進(jìn)行加寬，由150mm增加到450mm，相當(dāng)于在端部對板肋進(jìn)行水平加腋。