现浇混凝土空心楼板在工程中的应用研究

现浇混凝土空心楼板在工程中的应用研究

摘要:现代住宅和公共建筑发展的多样性要求传统的结构形式和施工作业方法不断改进以适应时代的发展。现浇混凝土空心楼板是最近几年国内发展起来的结构新技术，它适用于大空间、大跨度柱网的住宅和公共建筑的要求，具有减轻自重，增加楼板刚度和提高楼板隔音效果的优点，同时也减少了楼板混凝土和钢筋等材料的用量，并结合无梁板结构形式，减少了模板损耗和加快了施工进度。因此，采用此种结构技术后，既能满足建筑的功能性要求，又能明显的降低建筑结构总体造价，受到建设项目业主的欢迎。

关键词：空心楼板； 大空间利用； 降低成本

一 概述

近年来随着建筑行业的快速发展和“四新”技术的推广应用，现代住宅和公共建筑的结构形式和施工工艺在不断的改进。传统的混凝土现浇楼板体系,在建筑跨度较大时,板厚增大,楼板荷载笨重,混凝土和钢材用量大,不经济。目前，在大空间、大跨度的多层和高层建筑设计中采用现浇混凝土空心楼板越来越多，以其优越的建筑功能和结构性能广受欢迎，现浇混凝土空心楼板施工技术是对传统楼板施工技术的一次革新。是继普通梁板、密肋楼板、无粘结预应力平板后新开发的一种现浇新结构体系。

浇混凝土空心楼板的特点主要包括：承载力高，自重轻，抗震性能好，支撑体系危险系数低，质量安全易保证；节省钢筋和混凝土用量及装饰费用，造价低；能有效提高建筑物净空,降低层高和总高度，空间使用灵活；工艺简单，施工方便快捷，缩短了工期；封闭空腔减少了能量的传递，保温、隔热、隔音节能效果显著。

1.1国外现浇混凝土空心楼板技术的发展

现浇钢筋混凝土空心楼板结构型式最早由前联邦德国海德堡的工程师利奥波德·穆勒(Leopold Muller)提出。当时称 之为 “ B 一体系” ，其意为蜂巢式混凝土空心楼板。这种蜂巢式混凝土空心板有机地把密肋梁板体系和混凝土预制空心板的优点结合起来，既利用板间空心减轻混凝土用量，减轻了结构自重，又采用现浇形式提高了楼板自身的整体性。到 1956 年，为了适应当时平板楼板建设发展的需要和进一步完善双向板无梁楼板设计条款，伊利诺伊大学土木系在美国政府及有关企业的资助下，进行了大规模的研究工作[2]。1962 年美国伯特盖水泥协会进行了接近足尺比例的 9 区格无梁楼板结构试验，使得双向板设计规范大大地前进了一步，平板下用浇梁加强的效果分析也首次得到解决[2]。1964年，G.Franz 教授对一种蜂巢式空心板结构进行了试验研究[2]，指出在静力荷载作用下，可采用刚度相同的实心无梁楼板的计算方法来设计空心无梁楼板结构。至1967年，美国工程师 Edgar.H.Hendler 以块状发泡塑料为填 充构件建成了空心无梁楼板_由于这种楼板施工烦琐，而且发泡塑料会产生污染，所以这种结构始终未能推广开来。

1.2国内现浇混凝土空心楼板技术的发展

现浇混凝土空心楼板理论在上个世纪 90 年代中期进入我国时许多学者开始对空心无梁楼板的填充空心构件为进行了不断地研究和改进。提出了一套较为完整的设计计算方法和施工方法，并且进行了大比例模型试验，经过试验对比验证了该方法的正确性。并在实际工程中运用，取得了较好的成果。2004 年颁布执行的 《现浇混凝土空心楼板结构技术规程》（CECS 175:2004）（以下简称规程）[7]，为现浇混凝土空心楼板结构的设计和施工提供了规范性的指导意见，对楼板内填充内模种类、结构分析方法、设计规定、构造要求、施工及验收等提出了明确的要求，规程的颁布是对我国在现浇混凝土空心楼板结构方面取得的研究成果进行的一次系统性的总结。国内众多制作空心楼板建材企业迅速发展，

越来越多地进入市场并开始工程应用。现今国内主要采用的空心无梁楼板的填充构件有：采用环保无侵蚀性、无二次污染、轻质的成形发泡塑料；高强度轻质圆管薄壁、抗拉压能力强的空心薄壁管(GBF)；采用无机类、PPE、高注合金制作、能形成平面双向网格的蜂巢芯和高强薄壁盒；上下面板由钢筋混凝土构成，四周侧板由其他高分子硬质材料制成的整体空心腔体，解决了薄壁管双向受力性能差异较大的问题，上下面层采用钢筋混凝土面层并预留插筋方便了现场施工的网格规范性。大大降低了施工难度，使得空心无梁楼板又重新得到了发展应用。由于节约混凝土，降低结构自重以及明显的经济效益。

本文是结合浙江省某学院临安校区建安工程中教学楼为实例，研究现浇混凝土空心楼板在工程中的应用，结合本工程的特点和设计要求的效果，对现浇混凝土空心楼板的适用范围、施工工艺、特点难点以及如何保证质量等方面进行论述。

二 现浇混凝土空心楼板介绍

2.1现浇混凝土空心楼板的产生

为了适应现代建筑多功能、多用途、大柱网、大开间的需要，钢筋混凝土楼板结构一直处于不断的改进中，新的结构形式不断涌现。从预制到现浇，从普通的主次梁单向板体系，到主次梁双向板体系，从带柱帽的无梁楼板体系和无柱帽平板楼板体系，到双向密肋楼板体系，从预应力楼板体系，到组合楼板体系，人们在理论和实践中不断的探索，使得楼板结构的跨度、性能不断提高。钢筋混凝土空心楼板的出现和应用始于二十世纪九十年代，伴随着内模技术的不断发展和完善，现浇混凝土空心楼板的发展非常迅速，它实现了建筑物大柱网、大空间的要求，同时又具有良好的结构性能，适用于多种结构形式，特别是大跨度大荷载、大空间的多层和高层建筑或者工业建筑，具有良好的发展前景[5]。

2.2 现浇混凝土空心楼板的应用范围:

现浇混凝土空心楼板适用于各种类型的建筑，尤其适用于：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、图书馆、展览馆、教学楼、车站、地下停车场、仓库等；需灵活间隔或经常变换使用用途的建筑，如宾馆、娱乐场所、住宅、公寓等；采用集中式(中央)空调的建筑；有特殊隔音、保暖要求的建筑等。

当跨度和荷载很大一般混凝土结构形式难以满足时，可以采用预应力空心楼板技术，对于控制裂缝和增加承载力非常有效。目前工程中采用的多为后张法的无粘结预应力技术，预应力空心楼板技术可以进行合理的曲线配筋以增强构件的抗力。在实际工程中施工的方法与普通楼板相同，只是应注意截面应留有足够的宽度，配筋尽量避让内膜及其造成的空心截面，并且在预应力锚固端和张拉端采取有效的构造措施。

2.3 现浇混凝土空心楼板的优点

在建筑物中，混凝土楼板的造价约占土建总造价的 20％～30％，在钢筋混凝土高层建筑中，混凝土楼板约占结构自重的 50％～60％，因此降低楼板的造价和自重对整个结构来说是很重要的，好的结构形式对建筑的隔热、隔声和美观等建筑效果有直接影响，对保证建筑物的承载力、刚度、耐久性，以及提高抗风抗震性能等也有重要意义。另外，减小混凝土楼板的设计高度，可以降低建筑物的层高，同样的建筑物高度可以建造更多的层数，具有很大的经济意义。现浇混凝土空心楼板正是这样一种结构形式，现浇空心楼板在楼板内部形成空腔,大大减少了结构的自重，保持了较大的抗弯刚度, 结构承载力高，整体性能好，它可以不用次梁或把梁设计成暗梁的形式，从而可以节约层高。现浇混凝土空心楼板主要具有以下几方面的优势[10]：

1．现浇混凝土空心楼板内部形成空腹，大大减少了结构的自重，保持了结构良好的整体性，对楼板的刚度削弱较小，楼板的有效截面高度大。

表4.3 GBF薄壁管安装验收项目及标准[7]

4.2 施工过程质量控制

1．模板安装，现浇空心楼板的模板安装和支撑要求与普通现浇板相同，但由于空心板跨度较大，支模时跨中可以根据跨度大小按 2‰～5‰的坡度起拱。模板应在混凝土强度达到设计强度后拆除。

2．划线定位及钢筋绑扎，根据布管图定出排管线，然后绑扎板底筋、肋内筋。需要预留的水电管井及其它洞口，也应准确定位，以便埋设套管或安放模板。

3．内模的安装及固定，内模的位置(包括水平和竖向位置)必须符合设计要求，使空心楼板的实际受力状况与计算模型吻合。施工时，根据布管图定出的排管线，计算出薄壁管下缘与模板的净距，并用相同厚度的砂浆垫块垫起空心管，准确地将薄壁管安放在模板上，并用“U”形卡固定于模板上，完成薄壁管水平方向上的固定。在垂直方向，由于混凝土浇捣时会对薄壁管产生较大的浮力，导致薄壁管产生竖向移位，因此必须采用可靠方法固定薄壁管的竖向位置，比如可采用足够强度的铁线在每根管距端部 1/4 管长处将薄壁管与模板固定。[7][10]

4．在内模的安装施工过程中，预留、预理设施(水电管线、电线盒等)的安装应适时插入。预留、预理设施宜布置在楼板结构的楼板实心区域、肋宽范围内；当预留、预理设施无法避开内模时，可对内模采取断开或锯缺口等措施，但事后必须封堵。内模轻质高强，

但属脆性材料，在运输、堆放及装卸过程中轻拿轻放，必要时可采用专用吊篮搬运。

5．板面钢筋绑扎薄壁管安装并固定完毕后，绑扎空心板的上皮钢筋。在绑扎上皮钢筋或浇捣混凝土时，必须铺设架空马道，严禁将施工设备直接置于内模上，施工人员也不得直接踩踏内模。

6．混凝土浇筑浇筑前，除对钢筋和预留、预理设施的安装质量进行检查验收外，还应对内模安装按规范规定的检查项目、检验方法和质量要求进行检查验收；混凝土浇捣过程中，应随时对内模进行观察和维护，一旦发现异常，应及时处理。混凝土浇筑时，由于管与管、管与板面、管与板底的净距都较小，一般为50mm 左右，中间还有钢筋，混凝土下落较难，若振捣不实，极易在板底产生蜂窝、麻面、露筋等问题。因此，在施工中必须控制粗骨料直径和级配，并采取有效措施，确保混凝土浇捣质量。[4]

7．混凝土浇筑前，应对内模充分浇水湿润，以免内模大量吸水降低混凝土的工作性而产生空板、麻面等现象。混凝土浇筑时应沿顺管方向推进，并在竖向分 2 次浇捣，以便能看清管与管之间的空隙，防止漏振，但必须在第 1 次浇捣混凝土硬化之前完成第 2 次浇捣。采用直径 30mm 的振动棒结合小型平板振动器协同振捣，但不得将振动器直接接触空心管；振捣间距不宜超过 0.3m，一次性浇筑范围不宜超过 3m。[4]

8．混凝土浇筑宜采用泵送施工，并严格控制混凝土级配，石子粒径不宜大于 25mm，混凝土坍落度不宜小于 160mm。

第五章现浇混凝土空心楼板在工程的应用效果

5.1 应用效果

以实例工程中的教学楼为例，现浇混凝土空心楼板的实际效果反应如下：

5.1.1 工程施工方面

1、由于本工程教学楼应用了高强薄壁管现浇混凝土空心楼板，在支撑系统搭设和模板安装时，与其他各栋未采用现浇混凝土空心楼板的单位工程相比，首先要比其他各栋楼支撑系统搭设较为简单，节省支模架搭设的人工和材料，再则减少了模板的切割，提高了模板的周转次数。但由于增加了空心管的安装工序，使钢筋绑扎的工作量有所增加，整体的绑扎进度要比普通板要慢一些。

2、由于现浇混凝土空心楼板一般都是设计成无梁板，楼板是设计了部份暗梁，在模板支撑系统搭设时，容易忽略暗梁部份所产生的荷载。若支架体系立杆设置过少容易使架体过重而产生坍塌。故在支模架搭设时要在下层地面标识出暗梁位置，以便加强暗梁处支撑体系。

5.1.2 使用功能方面

由于本工程教学楼二层以上均设是阶梯教室和警体教室，对楼层板的承载力、净高尺寸、空间利用、隔音效果都有很高的要求，通过使用现浇混凝土空心楼，大大提高了楼板的实际承载力，提高了大空间的利用率。而且楼板内是中空的，形成了良好隔音效果，经实际测量对比，同样在楼板上拍蓝球，现浇空心楼板下房间测的分贝数是普通楼板下房间测得的1/3，从而大大降低楼上房间的噪音干扰。

5.1.3 使用成本方面

1.采用现浇混凝土空心板，结构自重减轻，减少了楼板混凝土用量，比普通混凝土平板减少了混凝土量 40%，比预应力混凝土减少混凝土量 20%，经济效益明显。

2.现浇混凝土空心板省去吊顶，节约层高及二次装修费用。

5.2 效益分析

5.2.1 社会效益

采用现浇混凝土空心楼板施工技术解决了建筑设计中大开间、大跨度框架梁对建筑净空的约束，实现了以人为本的设计理念。承载力高，自重轻，抗震性能好，质量安全易保证，施工方便快捷，节能效果显著，具有良好的社会效益；

5.2.2经济效益

现浇混凝土空心楼板体系与普通楼板体系相比，钢筋及混凝土造价降低约5～8%左右，模板损耗降低约50%，装饰费用降低约10～15%，具有显著的经济效益；

5.3 现浇混凝土空心楼在工程中应用的优势[8]

5.3.1 在住宅中的优势

现浇混凝土空心楼板应用于住宅有以下优势：

1.能解决设计中大开间、大跨度框架梁对建筑净空的约束；

2.满足住房自行室内平面设计，实现住宅以人为本的设计理念；

3.减少二次装修的资源耗费，减少建筑垃圾，为再装修建立良好的条件；

4.厅房天花平整、美观、大方。

5.3.2 在公共建筑中优势

现浇混凝土空心楼板应用于公共建筑有以下优势：

解决了钢筋砼构件对大跨度大柱网的制约，为了公共建筑提供了开阔的活动空间，与肋梁楼板设计相比，层高可降低或室内净空可提高。以10×10米的柱网，荷载3.5KN/㎡，净空需3m为例，如采用普通肋梁楼板，梁高800─900mm，则层高需3.8─3.9米，采用GBF板厚400mm，层高只需要3.4米，降低层高达400mm─500mm。

5.3.3 与预应力楼板对比

现浇混凝土空心楼板与粘结预应力平板楼板相比，有以下优势：

1.造价低；

2.施工方便，不必进行预应力钢筋张拉；

3.防火性能好，不会因火灾导致钢筋张拉应力失效，而导致结构破坏；

4.板底吊挂不受影响。

5.3.4能源利用方面的优势

1.现浇砼空心无梁楼板比一般实心楼板的隔音性优势在于空气隔声提高10─20db,撞击隔声提高12─22db，最简单的方法是到已竣工工程中亲身体验。

2.砼空心无梁楼板隔热保温性能优势在于砼空心板导热系数λ=0.39，砼实心板导热系数λ=1.74。

5.3.5对抗震有利因素

现浇混凝土空心楼板对抗震有利因素在于以下几方面：

①建筑物总质量减少。质量大，地震剪力大，重心高，地震力矩大；

②空心楼板较厚，宽扁梁几何尺寸较大等均可提高结构延性；

③层高降低，框架抗剪能力增加，剪力墙抗弯能力提高。

5.3.6适宜推广应用的建筑类型

1.学校：教学楼、研发楼、行政楼、图书馆、体育馆、食堂、活动中心；

2.地下车库:市民广场车库，各大型住宅小区车库；

3.高层，超高层建筑：降低层高，增加层数，房间自由分隔；

4.各类工业厂房：适合工艺改造和设备更新；

5.商业超市：货物容纳量大，解决了限高问题；

6.高架桥:施工速度快，成本降低多。

第六章结语

从实际运用效果看，经核算，本工程运用现浇空心楼板施工技术与一般梁板结构相比，它减轻了楼板自重，在跨度方面有了更大的突破，很大程度上使钢筋混凝土造价及模板损耗得到了降低，从而减低了综合造价。同时，方便施工，直接减少了支拆模板的工作量，大大缩短了工期，由于本工程使用了现浇混凝土空心楼板技术，取得了直接的经济效益和广泛的社会效益，随着科学的进步，高层建筑及大空间结构将越来越多，这种使用轻型材料为填充的现浇混凝土空心楼板新型技术必将得到良好的发展应用及推广。

现浇混凝土空心楼盖是将新型、有效的结构概念引入现代建筑中，打破传统结构模式，力学性能更合理、可实现大开间、灵活隔断的结构体系，能满足建筑内部布置个性的，人性化的要求。在这种技术进入我国几十年来，许多知名学者对空心无梁楼盖技术进行了不断地研究和改进，整个理论体系已经比较成熟。

参考文献

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[2] 邱则有.现浇混凝土空心楼盖 中国建筑工业出版社，2007

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术.2005,34(12)

[5]张兴金，现浇混凝土空心楼板在工程中的应用[M]，科技风，2010（3）,163

[6]马克俭，郑涛，张华刚等.钢丝网水泥管现浇混凝土空心板柱结构的实用分析方法[J].空间结构,2002,8(3).

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[8] 黄杰能.现浇空心薄壁管无梁楼盖技术的分析与应用.广东土木与建筑，2002(8)

[9] 赵龙.GBF 薄壁管在现浇混凝土无梁楼盖中的应用.北京水利，2002(4)

[10] 马克俭，郑涛，张华刚等。钢丝网水泥管现浇混凝土空心板柱结构的实用分析法.

空间结构，2002, 8(3)