空腹楼板在建筑结构设计中的应用解析

摘要：文章结合石膏模盒空腹板，简要探讨空腹楼板在建筑结构设计中的应用。

关键词：空腹楼板；模盒；结构设计

中图分类号：TU8 文献标识码： A

一、结构布置技巧

1、在无梁板结构的布置技巧

荷载及柱网不大的可以使用密肋截面。如果使用荷载较大，可用箱型截面，推荐组合结构，即在柱顶板块采用箱型截面，在跨中板块采用密肋截面，柱间板块根据内力及用钢量确定。此外，推荐采用变肋宽空腹板，即采用不同的肋宽用于不同的板带，在排列模盒时，将中间大部分肋宽取最小值60，将剩余的尺寸加在穿越柱帽的主肋上，从而形成较宽的主肋，以利于主肋抗剪配置箍筋，而配置箍筋的多根主肋穿越柱帽有利于提高柱帽的抗冲切承载力。使大板的自重呈中间小、边缘及支座大的分布，有利于减小结构内力。

2、在主梁一大板结构的布置技巧

若为单跨板，采用密肋截面最经济，既可减轻自重又可充分发挥截面性能。若为连续板，可采用箱型截面。推荐采用组合截面楼板，即在支座两侧20%范围内采用箱型截面承担板支座负弯矩，而在板的中间大部区域采用密肋截面承担跨中正弯矩，这样既可减轻自重又可充分发挥截面性能，达到最佳经济效果。在高层建筑中，推荐采用单向大板，即只有一个方向的框架梁承担垂直荷载，而另一个方向的框架梁只承担水平荷载，从而可将只承担水平荷载的框架梁设计为隐于大板内的宽扁梁，这样既使宽扁梁的受力合理，又有利于消防主管、通风主管在板底穿行，从而可降低建筑层高，减小水平荷载。

二、结构内力分析

1、主梁大板结构内力分析

主梁大板结构可采用各种结构软件分析。但需注意的是，空腹板的截面厚度较一般实心楼板大2-5倍，因而影响梁刚度的有效翼缘宽度也增大2-5倍，楼板自身的截面惯性矩提高约8-125倍，其平面外刚度不可忽视，然而几乎目前所有的国内软件都是通过增大梁的刚度来考虑楼板刚度影响的，因此，建议将框架梁的刚度增大系数由1.5-2提高为2-2.5。若采用的软件考虑楼板参加内力分析，可按等刚度原则取等效楼板厚度参加计算。楼板自身的内力计算与实心板相同，根据其支承条件按弹性或塑性计算均可。

根据《钢筋混凝土结构》的试验结果表明，不管按何种方法分析内力进行设计，板的承载力往往大于设计值，其中固然有材料的潜在强度等因素的影响，但主要是计算简图与实际不一致。板在极限状态时，板的支座处在负弯矩作用下上部开裂，跨中则由于正弯矩的作用而下部开裂，其跨中和支座中性面之间产生一拱度，由于支座的约束，整块板存在着弯顶与薄膜作用，因而在板的平面内逐渐产生相当大的水平推力，这项推力与拱度产生的力矩可减少各计算截面的弯矩，其减小程度视板的边界条件而异，对四周与梁整体连接的板，其中间跨的跨中及支座弯矩可减少20%。对于双向板的边跨跨中弯矩及第二支座的负弯矩，当Lb/L< 1.5时，可减少20%，当1.5

2、无梁楼盖结构

实用内力分析法有两种:等代框架法和经验系数法。需说明的是，经验系数法仅用于计算垂直荷载下的内力，当不考虑水平荷载时，该方法较方便且合理。但等代框架法在计算水平荷载和垂直荷载下的内力时，所取的等代框架梁的宽度是不同的。另外，两个方向是分别计算的，当采用空间软件整体计算时，垂直荷载应分别按两个方向单向传递分别计算，水平荷载应改变等代框架梁宽度单独计算，然后与垂直荷载下的内力进行叠加。

三、截面配筋构造

1、有梁板的配筋

空腹板沿支座长度板面负筋可用两种配置方式:与实心板相同，按每延米配置在面板内;按每肋配置在密肋内。板面支座负筋伸入板内的长度与实心板相同，一般为板块短跨的1/40对于T型密肋板，由于肋宽较小，通常只配一根钢筋在肋底。对于工型密肋板，下翼缘宽度为150-190，一般配3-5根钢筋在下翼缘内。对于箱型楼板，板底配筋有两种形式:与实心板相同，按每延米配置在底板内；按每肋配置在密肋内。翼缘配筋:面层板及箱型板的底板内按构造配筋一般配2ø4@200双向/肋间。肋架立筋:肋顶架立筋配一根ø6-ø10。肋内箍筋:肋内箍筋一般为单支箍，按计算配筋。构造配筋时，可按小6@200配置。

2、无梁板的配筋

按板块无梁板可划分为:柱顶板块、跨中板块、柱间板块;按板带无梁板可划分为:柱上板带、跨中板带;板带与板块间的关系为:柱上板带=柱顶板块+柱间板块+柱顶板块;跨中板带=柱间板块+跨中板块+柱间板块（见图1）。

图l无梁板板带和板块示愈图

板底配筋按板带配置，配筋方式与有梁板相同。板面负筋按板块配置，柱顶板块内配双向受力筋，柱间板块在跨中板带方向配受力钢筋，拄上板带方向配构造钢筋，跨中板块内均配构造钢筋。翼缘配筋:跨中板块及柱间板块的面层板及箱型板的底板;内按构造配筋，一般配2ø4@200双向/肋间;肋架立筋:跨中板块及柱间板块的柱上板带方向的肋顶架立筋配一根ø6-ø10;肋内箍筋:柱上板带肋内箍筋按计算配筋。跨中板带肋内箍筋一般为构造配筋，配单支箍可按ø6@200配置。

四、空腹楼板优势分析

1、结构受力

楼板是典型的受弯控制构件，其抗弯承载力与楼板截面高度的平方成正比，即楼板截面高度提高一倍，楼板的抗弯承载力提高为原来的四倍。空腹楼板的混凝土空心率可高达40-70%，也就是说采用与传统实心楼板同样多的混凝土材料，可使楼板截面高度提高为原来的2-5倍，其抗弯承载力提高为原来的4-20倍，因此，满足相同的承载力要求，可减少梁板用钢量40-50%，或可成倍提高楼板的跨度。

2、传力路线

传统梁板结构是将楼面荷载集中为线荷载传递给次梁，次梁再将线荷载转变为集中荷载传递给主梁，框架梁再将集中荷载传递给柱子。而空腹板结构主要用于两类结构体系:板一柱结构体系，其传力路线是将楼板上的面荷载直接传递给柱子；大板一框架结构体系，其传力路线是将楼板上的面荷载直接传递给框架梁，框架梁再将荷载集中传递给柱子。由此可见，空腹板所采用的两类结构体系均缩短了楼面荷载的传递路线、减少了传力环节、节省了受力构件，从而达到节省材料的目的。

3、结构传力

传统梁板结构的梁、板刚度差异悬殊，板的平面外刚度被忽略，楼板荷载按面积线性传递给梁。空腹板的截面高度为传统平板的2-5倍，截面惯性矩为传统平板的8-125倍，其平面外刚度已不可忽视，梁、板刚度差异大大缩小，因而改变了荷载的传递特征，使荷载的传递呈抛物线型向支座处集中，即越靠近支座反力越大，梁跨中反力最小。而设计计算并未考虑这一变化，所以，空腹板通过影响梁板间的荷载传递特征大大改善了框架梁的受力状态，按传统传力方式设计的框架梁实际上因未考虑荷载传递的变化而增加了一定的安全储备。

4、截面受力

翼缘参加工作的宽度越大，空腹截面的力学性能就越好。空腹板的肋间净距设计为580.翼缘厚度的最小值按《混凝土结构设计规范》应取50 ，根据《混凝土结构设计规范》要求，翼缘参加工作的有效宽度为12倍翼缘厚度，即12x50=600>580，也就是说，空腹板是全部翼缘参加工作，是受力特征恰好的空腹截面。因此，只要截面的受压区高度未超过翼缘厚度，其截面受力特征就如同相同截面高度的实心板一样整板受力，而不是仅仅密肋受力。

结论

空腹板在框架梁一大板结构中使用，很好的节省次梁，避免集中力对框架梁作用，改善框架梁的抗剪承载力。同时，空腹板截面度大，通常为框架梁截面高度2/3及其以上，大大提升框架刚度、减小位移、提高舒适度，而且其上、下翼缘对框架梁的扭转变形有着很好的约束和抵抗作用，有效改善了框架梁抗扭承载力。

参考文献：

[1] 黄勇,马克俭.基于板-块体模型的空腹夹层板有限元分析[J].贵州工业大学学报(自然科学版).2012(06)

[2] 姚谦峰,张荫.新型建筑结构住宅体系发展与应用[J].工业建筑.2012(08)