现浇空心楼板技术在地下车库中的应用

2022-09-11

钢筋混凝土结构的缺点之一就是自重大, 对于大跨度结构, 由于刚度的需要, 截面尺寸也比较大, 不仅材料用量增加, 而且也不经济。对于地下车库工程, 这种缺点显得尤为突出。在地下车库顶板及多层地下车库的楼板结构中采用空心楼板技术, 是“物尽其用”思想的生动体现。目前, 现浇空心楼板技术在工程中已得到了逐步的推广, 实际建成的工程已达几百万平方米, 但在技术上仍存在若干有争议的地方。本文通过笔者在近期设计的某小区地下车库工程实例, 对空心楼板在地下车库结构中的应用及其计算理论加以初浅分析。

1 工程概况及分析

本工程位于合肥市内, 为双层地下车库。地下室总高度为6.5m, 地下室顶板位于-0.300m处, 在-3.600m处设一夹层。柱网间距为8.2m。

地下一层及地下二层主要功能均为机动车库, 地下室顶板层以上为小区绿化范围及部分道路, 其中绿化部分覆土层厚1m, 道路部分考虑消防车荷载。

备选方案分析:

第一种结构方案是普通钢筋混凝土现浇梁板结构, 技术成熟, 结构整体刚度好, 造价经济, 土建直接费约在200元/m2左右, 但由于顶部层上部荷载较大, 柱网尺寸也偏大, 其主框架梁及次梁高度较大 (9 0 0 m m) , 地下室二层顶板虽然荷载不大, 但经初步计算主框架梁及次梁高度也较大 (800mm) , 而地下室总高度有限, 故地下汽车库净高只有2.4 m左右, 无法满足使用功能2.9 m的要求, 如果单纯把地下室加深, 满足净高要求, 势必造成地下室开挖土方大幅增加, 基坑维护费用也呈几何级数增长, 土方外运等直接费以及间接费用也随之而来, 故而其综合造价将加大很多。

第二种结构方案是采用板柱结构, 即取消了梁, 只有板和柱帽。板厚400mm, 柱帽2000mm×2000mm。虽然能降低层高, 但板内受力极不均匀, 导致局部用钢量太大, 而且很难满足挠度、裂缝的要求, 水平力只能通过楼板传递, 抗侧刚度较弱, 有时还得增设剪力墙来抵抗水平力。而且在室内设置柱帽, 影响美观。

第三种结构方案是钢结构, 主梁采用Ia45型钢, 次梁采用I30型钢间距3.0m, 檩条为I10型钢, 上铺5厚压型钢板, 自重轻, 并且可在上部主体结构施工完成后再施工, 有利于对总工期的调控, 净高比混凝土梁板结构提高约250mm~300mm, 但耗钢量大, 结构面层还要刷防火漆, 且投入使用后, 定期要进行维护, 因此工程综合造价较高, 初步估算, 其用钢量约70kg/m2, 工程直接费用约为300~340元/m2, 比普通混凝土梁板结构高约30%~40%。另外从结构角度分析, 地下二层顶板采用钢结构, 对结构整体刚度有一定程度的削弱。

上述三种结构方案虽然各有其有利的一面, 但同时都有很大缺点, 很难满足本工程地下车库的使用功能或造价要求。

在综合比较这几种结构的基础上, 笔者提出了一种更为有效的结构方案——混凝土现浇空心楼板技术。是依据传统的无梁楼盖体系的设计原理, 按空间等代框架结构进行内力计算及配筋求值, 不同的是空心楼盖是在柱与柱之间布置暗梁, 通过暗梁与现浇空心楼盖上下翼缘紧密结合形成加强的扁框架梁, 框架梁围成的板采用现浇混凝土空心板, 其空心部分是通过高强复合薄壁G R F管非抽芯成孔工艺形成。沿顺管方向为“I”字型截面, 有可靠的传力保证, 在垂直于管的方向, 由于板内配置了肋间钢筋, 可形成空间桁架的传力体系, 内力按双向均匀进行分配。比传统的实心无梁楼盖刚度大, 可直接参与抵抗水平荷载作用。

2 计算依据及结果

经东南大学足尺模型试验表明:当现浇混凝土空心楼板两个方向的几何尺寸相同或接近时, 垂直于布管方向和平行于布管方向的抗弯刚度、变形性能基本相同, 两方向的荷载传递也基本一致, 其受力特点与实心双向板相似, 整个楼板具有较高的承载力。一般现浇混凝土空心楼板的厚跨比可取1/25至1/35。现浇混凝土空心楼板中, 边缘构件及暗梁和明梁的刚度和承载能力对空心楼板的破坏形态有较大的影响。当边缘构件的刚度和承载能力不是足够大时, 板底的塑性铰线是十字形而非通常假定的45度线。试验结果表明:试验的开裂荷载是设计标准荷载的2.69倍, 试验的破坏荷载是设计标准荷载的6.68倍, 从正常使用极限状态 (最大裂缝宽度为0.2mm) 到破坏阶段, 其塑性安全系数达到1.89, 说明它具有很高的承载力, 很大的后备承载力, 楼板的受力性能相当好。对于超宽扁梁, 虽然理论上应按无梁楼盖进行内力分析, 按常规的梁板结构进行内力分析偏于不安全, 但现浇空心楼板实际承载力的富余量抵消了这种理论计算模式的偏小, 这从客观上保证了可用现行的等代框架法和经验系数法进行内力分析与结构设计, 而且其结果是偏于安全的。

根据以上计算依据和结构构造的要求, 经笔者计算, 本工程若采用现浇空心无梁楼盖方案, 地下车库顶板板厚取450mm, 暗梁宽度取1000mm, 高度取500mm, 地下车库二层顶板板厚取4 0 0 m m, 暗梁宽度取900mm, 高度取400mm, 两层地下汽车库的净高均可达2.8m, 在地下室层高不增加的情况下就能满足使用要求且大幅度节约投资, 而根据建筑定额和业主提供的市场价格, 土方开挖费用约为120元/m3, 另外加大开挖深度, 基坑维护费用也大幅增加, 若超出基坑开挖限制深度时, 尚需调整基坑支护方案。

3 结语

经计算, 现浇混凝土空心楼板结构比普通楼盖结构综合造价节约30%, 比钢结构综合造价节约50%以上。因此, 笔者认为在地下车库等柱距较大、楼面荷载较大或对层高有限制的结构设计中, 无论从技术方面, 还是从经济方面, 现浇空心楼板结构具有较大的优势。同时对于地上多层结构的工程, 也具有较大的参考价值。

摘要：在地下车库顶板及多层地下车库的楼板结构中采用空心楼板技术, 是“物尽其用”思想的生动体现。无论从技术方面, 还是从经济方面, 现浇空心楼板结构具有较大的优势。

关键词：现浇空心楼板技术,宽扁梁,地下车库,双向受力,工程造价