裝配箱混凝土空心樓蓋的技術(shù)和經(jīng)濟性分析

張俊騰 楊祁 袁亞芳 尤文貴

(福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 福建福州 350119)

0 引言

圖1 裝配箱混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)斷面

目前應(yīng)用最多的樓蓋形式主要有：復梁樓蓋、井字梁樓蓋、密肋樓蓋[1]、板式無梁樓蓋和混凝土空心無梁樓蓋[2]。其中，復梁樓蓋、井字梁樓蓋和密肋樓蓋為有梁樓蓋，而后兩者為無梁樓蓋。傳統(tǒng)無梁樓蓋的應(yīng)用可以追溯到1906年的美國，并于世界第二次戰(zhàn)爭后得到推廣。因其具有整體性好、樓層凈空高、施工支模簡單和便于管線布置以及設(shè)備安裝等諸多優(yōu)點，被廣泛用于當時的高層公寓建筑、大跨度空間和大荷載建筑。但是，歸根結(jié)底它還是一種板柱結(jié)構(gòu)，因此抗震性能不理想，也不能充分發(fā)揮鋼筋的抗拉強度。于是，工程師們通過不斷改進樓蓋的形式來滿足微利時代開發(fā)商對結(jié)構(gòu)安全性能和造價成本的要求。本文介紹一種新型的無梁樓蓋：裝配箱混凝土空心樓蓋[3]，它是在現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的基礎(chǔ)上進行改進，即把側(cè)壁由原來的混凝土材料替換成玻鎂防火板。與空腹夾層樓蓋[4]和蜂窩式空心雙向板樓蓋[5]相比，它的內(nèi)模板支護簡單、施工方便。從外觀上看，它又是在密肋樓蓋的基礎(chǔ)上增加了樓蓋的底板，從結(jié)構(gòu)受力上看，它將大大提高樓蓋的抗扭能力和整體性。裝配箱混凝土空心樓蓋，是由預(yù)制箱體(疊合箱)與現(xiàn)澆混凝土肋梁組成的一種梁板式結(jié)構(gòu)。如圖1所示，預(yù)制箱體由3部分組成：頂板、底板和側(cè)壁。其中頂板和底板均為混凝土材料，側(cè)壁為玻鎂防火板材料。預(yù)制箱體參與結(jié)構(gòu)整體受力，同時又作為現(xiàn)澆肋梁的模板。根據(jù)頂板上是否有現(xiàn)澆混凝土層分為明箱和暗箱。為了提高整體性，頂板和底板預(yù)留外伸一段鋼筋與現(xiàn)澆肋梁進行錨固。設(shè)計師在受力計算[6]時，一般認為頂板四邊簡支在肋梁上，肋梁則按照密肋樓蓋體系，屬于比較保守的計算。為進一步研究裝配箱的受力性能，趙考重[7]等對3個明箱的混凝土裝配箱構(gòu)件進行了受力試驗。試驗結(jié)果表明，預(yù)制箱體能夠與現(xiàn)澆箱體共同工作，在受彎計算時可將現(xiàn)澆肋梁簡化為一個T型截面單元，預(yù)制裝配箱的頂板和底板可作為現(xiàn)澆肋梁的受壓翼緣，翼緣的有效寬度可取肋梁截面寬度與肋梁凈距和 12 倍箱體頂板厚度兩者中較小值之和。吳方伯[8]等對9m×9m足尺模型進行靜水加載試驗，并通過有限元軟件分析了預(yù)制箱體剛度對擾度計算的影響。試驗結(jié)果表明，預(yù)制箱體的剛度對樓蓋的剛度具有一定的貢獻。從以上的分析結(jié)果可以看出，裝配箱混凝土空心樓蓋能夠降低造價，是一種比較經(jīng)濟實用的樓蓋形式。程浩[9]以單層車庫的樓板分別采用了井字梁樓蓋、板式無梁樓蓋和現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋3種方案進行混凝土用量和鋼筋用量比較。計算結(jié)果表明，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋造價最低。吳建明[10]以閩侯天澤·奧特萊斯城市廣場的地下車庫樓板為例，比較了復梁式樓蓋、板式無梁樓蓋和井字梁樓蓋3種方案的造價成本。計算結(jié)果表明，采用單向板式的復梁式樓蓋造價成本最低。遺憾的是，對于裝配箱混凝土空心樓蓋是否能大幅度的降低造價成本的文獻卻很少。本文擬以長樂萬星電影廣場為例，詳細介紹裝配箱空心樓蓋的設(shè)計要點，并與其他形式的樓蓋進行造價成本比較。

1 工程概況和設(shè)計要點

長樂萬星電影廣場位于長樂市(圖2)，由2棟20層的主樓和一棟6層的裙房組成，總建筑面積13.4629萬m2，建筑總高度99.90m，包含2層地下室。其中，地下二層為停車場，地下一層為停車場及賣場，1～6層為商鋪及電影院，其余主樓部分為文化用房和商務(wù)辦公。裙房部分采用框架結(jié)構(gòu)，主樓采用框筒結(jié)構(gòu)體系。由于主樓每層層高較高，且總高度99.90m為高層建筑，為了保證樓蓋的整體性和側(cè)向剛度，主樓部分的樓蓋采用普通的復梁式樓蓋。由于地下室頂板覆土較厚且活荷載較大，也采用普通的復梁式樓蓋和板式樓蓋。五層和六層局部為電影放映廳，為躍層結(jié)構(gòu)且大部分為屋面板，因此五層屋面板和六層屋面板也采用普通的復梁式樓蓋。其中，2～4層為大型商場，樓蓋采用裝配箱混凝土空心樓蓋。

圖2 長樂萬星電影廣場鳥瞰圖

圖3 二層局部樓蓋結(jié)構(gòu)平面圖

2 方案比較

在福建省，裝配箱空心樓蓋的應(yīng)用起步較晚，對于商場常用的樓蓋形式為：大板式無梁樓蓋、單向板復梁式樓蓋、井字梁樓蓋，如圖4～圖6所示。本文列舉二層局部8.4m×8.4m柱距有代表性的局部裝配箱樓蓋造價計算過程。由于4種方案對柱的配筋影響不大，因此僅計算樓蓋的造價?？紤]到不同方案的樓蓋不僅會影響樓蓋的混凝土和鋼筋用量，而且還會影響抹灰和模板工程量，本文造價計算還考慮了抹灰和模板的工程量。

圖4 大板式無梁樓蓋方案

圖5 單向板樓蓋方案

圖6 井字梁樓蓋方案

圖7 裝配箱空心樓蓋方案

主肋梁縱筋m=3.85{4×2×(7800÷3+400)+2×8400+4×(7800+2×40×25)}+0.888×2÷7800×3=312 617g=312.617kg，小計312.617×2=625.235kg。

主肋梁箍筋m=m1+m2,m1=0.395×(760×2+360×2+2×12.9×8)=966g=0.966kg，m2=0.395×(253×2+360×2+2×12.9×8)=566g=0.566kg，根數(shù)n=2×600÷100+(7800-1200)÷200=45,小計45×2×(0.966+0.566)=137.88kg。

次肋梁縱筋m=1.58{2×2×(7800÷3+400)+2×(7800+2×12×16)}+0.888×2×7800÷3=4943.9g=49.439kg。

次肋梁箍筋m=0.222×(110×2+360×2+2×12.9×6)=243g=0.243kg，根數(shù)n=7800×200=39，小計12×39×0.243=113.724kg。

現(xiàn)澆板筋m=0.222×42×8400×2=156.648kg。

用鋼量625.235+137.88+49.439+113.724+156.648=1082.87kg,單位面積用鋼量1082.87÷8.4÷8.4=15.35kg/m2。

現(xiàn)澆混凝土用量m=7800×800×290×2+7800×150×290×12-150×150×290×36+8400×8400×60-800×800×60×4=11.535m3。

裝配箱材料s=7.8×7.8=60.84m2。

天棚抹灰面積s=8.4×8.4-0.8×0.8=69.92m2。

模板面積s=8.4×8.4-0.8×0.8=69.92m2。

按照2013年長樂定額單價大概取值：裝配箱120元/m2，鋼筋5元/kg,混凝土400元/m2,模板50元/m2，抹灰20元/m2。根據(jù)以上方法，分別對其他3種樓蓋工程量及造價計算匯總，如表1所示。

表1 各樓蓋方案造價對比

3 結(jié)語

綜上，大板方案經(jīng)濟性最差，其次是井字梁樓蓋。單向板式復梁樓蓋經(jīng)濟性比前面兩者要好，但是不如裝配箱空心樓蓋。

從以上4種樓蓋的特點來看，對于柱距8.4m×8.4m樓蓋而且對樓層凈高要求比較嚴格的情況下，選擇裝配箱空心方案不但能夠最大限度地滿足建筑功能要求，而且還是一種最為經(jīng)濟的樓蓋方案。由于單向板復梁式樓蓋具有造價較低，結(jié)構(gòu)合理和施工簡單，對于一般的工程項目，單向板復梁式樓蓋仍然是首選的樓蓋方案。對于地下室頂板等承受較大荷載的樓蓋，大板方案是首選方案。對于較大跨度的樓蓋，井字梁方案是一個不錯的思路，但是在大多數(shù)場合仍然可以被裝配箱替代。對于通透條件要求較高的場所，比如商場、教室、報告廳和小型會堂等局部空曠規(guī)整、但荷載又不是很大的建筑，設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)實際的工程項目綜合結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟性比選樓蓋方案。