现浇空心楼盖在某高层建筑中的应用

王云杰 （安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

现浇空心楼盖是一种按一定规则放置内模或者外露面模后经浇筑混凝土而形成的空腔楼盖[1]，其具有混凝土用量少、自重轻、地震作用小及隔音、隔热效果好等特点[2,3]，可较方便地实现大跨度结构的要求，已经在大跨结构和地下室楼板等结构中得到了广泛的应用。同时，现浇空心楼盖还具有增加楼板刚度、提高隔声效果和降低结构造价等优点，特别是可以通过降低梁高来降低结构层高，其经济技术指标比其它类型的楼盖体系有明显的提高，所以在高层建筑中同样有着广泛的运用前景。本文结合具体工程实例介绍现浇混凝土空心楼盖在高层建筑应用的设计分析情况。

2 工程概况

该项目为一栋高层办公楼，用框架-核心筒结构，在结构地下三层、与裙房相连部分（1～6层）和顶层采用普通梁板楼盖体系，其余楼层均采用现浇空心楼盖体系。本文针对结构的特点和要求，采用多个程序建立不同的计算模型，对结构的整体性能指标和各工况下楼板的受力和变形进行详细的分析。

图1 普通梁板楼盖标准层平面图

图2 现浇空心楼盖标准层建模情况

图3 现浇空心楼盖具体布置情况

图4 外露模-蜂巢芯现浇空心板施工现场

普通梁板楼盖与现浇空心楼盖的标准层平面布置图如图1和图2所示。现浇空心楼盖是采用蜂巢芯外露模的空心楼板加暗梁的形式，暗梁高度与楼板厚度相等，外框梁采用800×900mm的明梁。图3为外露模-蜂巢芯现浇空心板的布置情况，图4外露模-蜂巢芯现浇空心板的施工实景图。本结构采用的蜂巢芯标准尺寸为900×900×350mm，面层厚度为60mm，底板（非结构构件）厚度为20mm。四个角部区域采用的是双向等宽肋，肋宽100mm，其他部位采用双向不同宽肋，外框与核心筒连接方向肋宽150mm，垂直该方向的肋宽为50mm。暗梁宽度为1000mm，在外框柱附近和剪力墙外角部设置实心区域，在剪力墙附近肋宽适当加宽，以解决这些位置内力集中的情况。

3 现浇空心楼盖的分析方法

3.1 分析模型

本文参照《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268-2012）中建议的计算方法，采用3种计算模型来模拟现浇空心楼盖，一是采用盈建科软件（YJK）自带的空心板模型，二是采用拟梁法模型（YJK），三是采用拟板法模型（MIDAS/GEN）。

YJK自带空心板模块计算模型，能够模拟实际蜂巢芯和板肋的布置情况，在四个角部采用双向布置梁模拟等宽肋空心板（肋宽100mm），其他部位采用只沿暗梁方向布梁模拟空心板（沿暗梁方向肋宽150mm，与其垂直方向50mm）。

拟梁法模型中梁与空心板肋一致，面板当作梁的翼缘，即梁为T字型截面考虑。同时，拟梁法应满足抗弯刚度相等、截面高度相等的要求。

拟板法根据《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268-2012）中的规定，现浇混凝土空心楼等效为等厚度的实心板计算。对于角部区域，空心楼板两个方向的肋宽相等，即为双向同性板，其余位置由于两个方向刚度不同，采用正交异性实心板在MIDAS/GEN中进行模拟。

3.2 分析参数

针对以上三个模型，分别采用YJK和MIDAS/GEN进行计算分析。计算参数如下：抗震设防烈度：7度，基本地震加速度为0.1g，第一组，Ⅱ类场地；结构阻尼比：0.05。YJK自带空心板模块采用弹性板计算整体指标，拟梁法和拟板法采用刚性隔板计算整体指标。楼板等构件分析均采用弹性楼板。值得注意的是，根据本结构采用的空心楼盖的特点，将暗梁视为空心楼板结构的一部分，暗梁对板的支撑作用有限，所以在计算时不考虑板对暗梁的刚度贡献，即暗梁的梁刚度放大系数取1.0。

4 分析结果

4.1 模型整体指标

对空心楼盖模型、拟梁法模型及拟板法模型分别进行分析，小震作用下整体计算结果如表1所示。风荷载作用下的计算结果如表2所示。

由表1看出部分楼层剪重比小于规范要求，设计中直接放大地震剪力以满足楼层最小地震剪力要求。小震下和风荷载作用下层间位移角等计算结果均满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ

3-2010 ）[4]的相关要求。由表1和2可以看出三个模型计算的各项指标基本一致，说明《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268-2012）给出的拟梁法和拟板法均能很好的模拟空心楼盖的性能，在设计过程中楼板与暗梁的配筋根据这三个模型的计算包络值并结合空心楼盖的设计经验进行配筋。

4.2 空心楼盖受力变形分析

4.2.1 内力分析结果

为了考察现浇空心楼盖在各工况下的内力分布情况，分别采用三个模型计算了各个单工况（恒载、活载、风荷载、地震荷载）作用下的结构梁板的内力。下面以MIDAS/GEN计算的拟板法模型计算结果为例显示无梁楼盖结构楼板设计结果。

图5和图6给出了考虑小震和风荷载下各组合工况的包络设计内力值。

以上分析结果可知，竖向荷载作用下，空心板在筒体支座处的负弯矩较大，且筒体角部及柱位区域存在明显的弯矩集中，跨中弯矩较小。在设计中，在柱附近和剪力墙角部应力集中的区域设置实心区域并加大配筋，在内筒附近的空心板肋梁加宽，这些措施应用在应力集中或应力较大的部位以保证楼盖的安全。

塔楼模型整体计算结果 表1

塔楼风荷载作用结果 表2

图5 第9层空心板绕X轴单位长度弯矩包络值(拟板法模型MIDAS/GEN)

图6 第9层空心板绕Y轴单位长度弯矩包络值(拟板法模型MIDAS/GEN)

4.2.2 楼板竖向变形

为了考察现浇空心楼盖体系在竖向荷载作用下变形大小，图7给出了恒载+0.5活载下第9层的位移计算结果。从图示结果可以看出，MIDAS/GEN空心楼板在扣除边界竖向变形之后，最大竖向变形值约为11mm，变形挠度约为1/1100，远小于《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）[5]要求。

图7 D+0.5L作用下第9层空心板竖向变形(MIDAS/GEN)

5 结论及加强措施

本文采用了YJK自带现浇空心楼板模型、YJK拟梁法模型和MIDAS/GEN拟板法模型分别进行计算并相互校核，三个模型计算的结果一致。设计中取三个模型内力的包络值进行设计。同时对空心楼盖在各工况下的内力和变形进行了详细的分析，结果表明楼板受力、变形等均能满足规范要求。针对该结构的特点采取了以下的构造措施保证结构的安全。

①《高层建筑混凝土结构技术规程》

3.3.1 条文说明框架—核心筒结构中，除了周边框架外，内部带有部分仅承受竖向荷载的柱与无梁楼板时，不属于本条所列的板柱-剪力墙结构。其主要原因是框架-核心筒结构的核心筒相对于框架-剪力墙结构的剪力墙较强，核心筒成为主要抗侧力构件，结构设计上也有更严格的要求。因此本项目虽然大部分楼层采用现浇空心楼板加暗梁板，但边梁为明梁，因此结构体系还是按框架-核心筒进行设计，对于较为主要的核心筒，采用了加强措施。

②空心板在柱子与核心筒之间部位设1000mm宽暗梁，在外框设800×900边梁，同时在外框柱附近和核心筒角部设实心板（距离柱边1050mm，距离核心筒边1050mm）。与核心筒连接部位的空心板肋进行加宽，由150mm增加到450mm，相当于在端部对板肋进行水平加腋。