浅析现浇空心楼板与普通实心楼板的抗震性能对比

唐玉西

【摘要】现浇混凝土空心楼板技术是我国建筑结构领域的一项重大创新，该结构具有刚度大、隔音效果好、建筑内景美观、建筑隔墙砌筑灵活、施工简单易行等特点。本文在对现浇混凝土空心楼板技术的发展进行回顾的基础上，对现浇空心板与普通带次梁的实心板结构进行抗震性能对比。希望能够消除对现浇空心板抗震性能的一些顾虑，并能对相关工作提供一些参考，以有助于推广这一新技术。

【关键词】现浇；钢筋混凝土；抗震；空心板

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

一、 现浇混凝土空心楼板技术的发展和现状

空心楼板技术早在十九世纪就已经出现，开始是预制空心板，直到二十世纪60-80年代，应用于房屋建筑的空心板基本上都是预制空心板。预制空心板在受力性能、抗震、节点设计及构造措施等各个方面存在着很多局限性，最大的缺点就是：板梁节点抗震性能尤为致命。（如：08年汶川地震中，都江堰聚源中学的预制板教学楼的板梁节点破坏导致板面坍塌）。到了二十世纪80年代，我国提出，利用轻质高强薄壁管作为混凝土空心楼板内的预埋填充构件，并将其与楼板、框架同时现浇混凝土的技术。这一技术具有显著的结构优越性：既克服了预制空心板的板梁节点抗震性能差、整体性不好这一致命弱点，又保留了空心板固有的隔音效果好、建筑内景美观等优点。近三十年来，随着现浇空心板优点逐步为人们接纳，国内外对空心板的研究工作也同步开展。我国一些高校和研究机构的学者和工程技术人员对现浇钢筋混凝土空心板的受力性能、设计、施工、应用与发展等多个方面进行了理论研究和论述。在设计方法上相继提出了能够满足工程精度要求的算法，可以利用现有的设计程序（如PKPM、广厦等）进行计算配筋，满足了工程设计界的需求。

二、 现浇混凝土空心楼板的抗震分析

现浇空心板因其与结构框架一起浇注，其抗震性能比预制空心板要好，这早已为大家所接受。但现浇空心板因其承载力大，适用于大跨度的建筑，采用现浇空心板后都取消了次梁，仅保留框架梁、柱、剪力墙，实现了建筑的内景美观。这就必然带来一个问题：无次梁的现浇空心板与普通带次梁的实心板结构，在两者的抗震性能对比上，工程设计界有人对此存在疑问，认为前者因取消了次梁，所以不如后者。其实这种担忧是多虑的。现从计算模型角度及工程实际受力角度分析：

一、从计算模型角度对比

楼板是平面构件，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) （以下简称抗规）的5.2.6和通用的建筑行业结构设计软件PKPM、广厦、TBSA等均不把楼板的抗震贡献考虑在内（厚板转换层除外），地震力偏安全地全部由框架梁、柱、剪力墙组成的抗侧力骨架来承受。楼板在结构体系里只是起一个辅助的平面联系的作用，承重和抗震主要靠框架和剪力墙组成的结构骨架。因现浇空心板及普通现浇实心板均有结构骨架，空心板结构仅比实心板结构少了传递竖向力的次梁而已，故楼板无论采用现浇空心板或普通现浇实心板，对整个建筑的抗震能力不产生负面影响。

二、从工程实际受力角度对比

计算假定忽略楼板对抗震的贡献，偏安全地由抗侧力骨架承担全部地震力作用，这只是简化的计算假定。但在实际工程中：

1、楼板作为楼面梁的有效翼缘，的的确确是对框架梁产生了梁平面外的或多或少的约束。

2、楼板在承受和传递竖向力的同时，与框架梁一起把地震力、风载等水平力传递和分配给竖向抗侧力构件，协调同一楼层中竖向构件的变形，使建筑物形成一个完整的抗侧力体系。

3、连接两榀框架的楼板的是薄弱部位，对结构体系起辅助联系作用。

——无论平面内刚度还是平面外刚度，相对厚的空心板均比普通实心板要大，这就决定了空心板在对结构整体抗震方面的贡献要比普通实心板大。逐条对比如下：

1、 楼板的平面外刚度在某种意义上来讲可以理解为楼面梁的有效翼缘，为此，规范给出了以梁刚度放大系数的形式来间接考虑楼板的平面外刚度：《高规》5.2.2条及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010) 5.2.4条规定，在结构内力与位移计算中，现浇楼面梁的刚度可考虑翼缘的作用来给予增大。楼面梁的刚度增大系数可根据翼缘情况取1.3~2.0。相对厚的空心板因为在框架梁的梁边有至少0.2h0宽的构造实心混凝土带（h0为空心板扣除钢筋保护层后厚度），故框架梁的刚度增大系数完全可以取至最大值2.0，在板的自重相对普通实心板并未增大很多的前提下，框架梁的配筋基本与采用实心板的框架梁持平。

2、 按照《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010) 5.1.5（以下简称高规），进行高层建筑内力与位移计算时，可以假定楼板在其自身平面内为无限刚性，相应地，应采取必要措施保证楼板平面内的整体刚度。当楼板会产生明显的面内变形时，计算时应考虑楼板的面内变形或对采用楼板面内无限刚性假定计算方法的计算结果进行适当修正。——从保证楼板平面内刚度角度来说，相对厚的现浇空心板比带次梁的普通实心板要更有优势，所以能更好地把地震力、风载等水平力传递和分配给竖向抗侧力构件，协调同一楼层中竖向构件的变形。

特别值得一提的是，对于复杂楼板形状的结构工程，（如：楼板有效宽度较窄的环形楼面、有大开洞楼面、有狭长外伸段楼面、局部变窄产生薄弱连接的楼面、连体结构的狭长连接体楼面）这时候因为楼板面内刚度有较大削弱且不均匀，楼板的面内变形使楼层抗侧刚度较小的构件的位移和内力加大。对此，采用面内刚度小的实心板不能很好克服这些困难，需要增设次梁或增加实心板厚度。而采用平面内刚度较大的空心板，因为面内变形较实心板小，故可以较好地克服这些困难。

3、因为相对厚的空心板比带次梁普通实心板的平面外刚度大，使得采用现浇空心板的结构体系的全楼结构总刚度也就比采用普通实心板的结构体系的全楼结构总刚度要大。在实际质量增加不大的前提下对结构的整体抗震更为有利。

正是基于以上的阐述分析，在2004年出版的《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS175:2004)的4.2.1条已明确现浇空心板可用于有抗震设计要求的建筑。

三、 结论与展望

1、现浇混凝土空心楼板技术是在混凝土浇筑前预埋特制的非抽芯高强薄壁成孔空心管，然后与钢筋混凝土框架浇注为一体，从而形成现浇空心钢筋混凝土楼板。

2、现浇混凝土空心楼板，无论从计算假定角度对比还是从工程实践对比，因平面内刚度和平面外刚度，现浇空心板均比普通实心板要大，所以采用现浇空心楼板的建筑的抗震能力均优于于采用普通实心板的建筑。

3、现浇空心板既克服了以往预制空心板的板梁节点抗震性能差这一致命弱点，又保留了空心板固有的隔音效果好、建筑内景美观等优点。

4、国家规程《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS175:2004)已明确现浇空心板可用于有抗震设计要求的建筑。

5、在市场竞争中，这种能解决大开间、大跨度、内景美观的楼板尤为重要。现浇混凝土空心板技术符合当前的市场需求，一经推广立即被建筑各部门广泛采用，并从2007年开始就被住房和城乡建设部、广西建设厅列为重点推广的崭新技术。

四、 参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)

[3]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)

[4]《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS175:2004)

[5]赵西安，钢筋混凝土高层建筑结构设计，中国建筑工业出版社，1992年

[6]袁海庆，蒋沧如，有限单元法的理论与工程应用，武汉工业大学出版社，1997年

[7]扶长生，刘春明等，高层建筑薄弱连接混凝土楼板应力分析及抗震设计，2008年4月

[8]陈岱林，李云贵，多层及高层结构CAD软件高级应用，中国建筑工业出版社，2004年

[9]鼎基建材(广西)科技开发有限责任公司,现浇混凝土空心楼板技术,2003年

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。