双向密肋楼盖体系与空心楼盖体系比较之探讨

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【摘要】通过分析二种楼盖体系在设计、施工及后期使用的相关要求，探讨在实际工作中运用时应该注意的问题及新技术可能存在的问题，并对二种楼盖体系作多方面对比。

【关键词】空心楼盖；密肋楼盖；结构分析；设计规定；构造要求；施工

在一些大空间、大柱网多层或高层建筑、地下工程中，为有效降低层高，一般均采用无梁楼盖体系，而由于普通无梁楼盖体系存在结构经济性较差的局限性，为达到既降低层高，又控制工程成本的目的，采用无梁楼盖体系的变形--密肋楼盖体系和空心楼盖体系已经在实际工程中予以了大量的应用。通过采用这二种变形体系可以有效地降低层高并降低工程造价。对于采用这二种比较经济合理的楼板体系已经被大多数结构设计工程师所认识和接受。本文将通过设计、施工工艺、后期使用维护及经济效益等方面对比此二种楼盖之特点，以供设计、施工及业主单位在决定结构方案时提供参考。

一、楼盖体系的相关情况

1、本文所言密肋楼盖是指正交双向密肋楼盖，为普通混凝土结构。适用于中等或较大跨度的公共建筑和人防建筑。当开间为方形时，双向密肋体系的受力最有利的。随着开间的长宽比增大，这种效益就迅速消失。数据分析表明，当柱网开间的长宽比大于或等于1.5时，双向作用的意义已很小了，此时采用单向密肋、单向板梁更为合理。从大量的实际工程来看，其跨度范围多在6～15米范围内，更大跨度包括采用预应力的国内实际工程不多。

2、空心楼盖是指按一定规则放置埋入式内模后，经现场浇筑混凝土而在楼板中形成空腔的楼盖，为一种比较新型的楼盖体系。其适用范围与密肋楼盖相同。其内模又分为筒芯、箱体、筒体和块体四种类型。空心楼盖对柱网长宽比没有严格要求，采用不同的内模形式亦可应用于单向楼板。内模随着工程的实际运用的发展，从材质到体形已经演变出多种形式，如从材质分有玻璃纤维水泥、聚笨塑料、泡沫混凝土和橡胶气囊等，体形有薄壁圆管（或方管）、薄璧方箱、椭圆形柱体等，各生产厂家按材质、体形、和内模的成型方法延伸出十余种以上名称芯模产品名称，暂无统一标准，但其实质均为对混凝土楼盖的形成空腔，通过“工”字形截面，充分利用钢筋与混凝土两种材料的力学性能。

二、设计相关要求

1、受力体系

密肋楼盖体系和空心楼盖体系按受力情况分析，均为多点以上传力，只不过空心楼盖传力点更密，二者的整体性能和弯矩分配均近似于无梁楼盖体系，故其本质相同。此理论在较多相关著作已进行分析，在此不予赘述。

2、计算方法

密肋楼盖体系因其受力特点和适用范围，可直接按无梁楼盖体系方式进行计算，可采用主流的PKPM之SLABCAD计算，或其他有限元原件进行计算如STRAT、SAP等。空心楼盖体系在楼板双向受力时，计算方法同无梁楼盖体系，但在单向受力时，则不宜用此方式进行技术。《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECS175：2004）中对拟梁法、直接设计法和等代框架的计算方法均有详细的要求。

3、相关规范要求

a、防水及保护层厚度要求：

在二种体系的实际选择上，根据相关规范的防水、最小保护层厚度和防护厚度的要求上看，二种体系也有不同的适用范围，依据《GB 50108-2008 地下工程防水技术规范》，防水混凝土厚度不应小于250mm，迎水面保护层厚度不应小于50mm。在地下室工程中采用二种体系，都存在防水厚度不满足要求的情况，都必须通过在结构受力断面上加设衬砌混凝土，来满足250mm的要求（如受力断面按250mm厚度，则二种楼盖体系的经济性未体现）。但是对密肋楼盖体系而言，由于其顶板结构受力层的厚度一般在100mm～150mm之间。为满足250mm防水厚度要求所需衬砌混凝土少，而空心楼盖由于其顶板结构受力层厚度一般在50mm～80mm之间，其衬砌混凝土量较密肋楼盖厚，工程费用会增高。如按人防地下室设计规范4.11.3条要求，密肋楼盖和现浇空心板顶板厚度均不宜小于100mm，则两者在设置衬砌厚度要求相同，但由于空心板还存在下底面混凝土，为满足强度要求和混凝土保护层厚度的要求，下底面混凝土一般厚度应≥50mm，故其实际混凝土用量也会比密肋高，即工程费用会高。

b、构造要求：

密肋楼盖体系在构造要求上，没有太多的要求，对裂缝和挠度控制，只要采用了适宜的构件跨高比、构件配筋特性等条件，即可不作挠度和裂缝宽度验算。相关构造要求遵循《混凝土结构设计规范》GB50010、《建筑抗震设计规范》GB50011即可。

空心楼盖体系在构造要求上，由于其结构的特殊性，构造要求上比较多，在《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECS175：2004）第6章中，对现浇混凝土空心楼板其楼板的最小厚度，肋宽尺寸，顶板和底板厚度，实心板带的宽度，柱帽、托板尺寸，抗震时暗梁的尺寸和设置，以及钢筋的各种设置等等提出了明确的要求。

三、施工方法及质量控制比较

密肋楼盖施工在采用GRC定型模板时，其模板的支设方式、钢筋铺设、以及混凝土的振捣和养护与普通混凝土施工方法一致，且后期无需拆模，无较多的施工工序要求。且在施工质量上由于是采用明模明梁施工，也易于控制。但如果采用自制模板施工方式，由于密肋楼盖的自身特点导致模板的特殊性，其模板的制作和加工会比较麻烦，采用钢模施工时，需工厂化制作，模板制作成本高，制作周期长，考虑经济性就需拆模，增加模板周转次数，无形中增加了施工工序和难度。如采用木模定制，可现场加工，但模板制作难度大，费用相对较高，制作周期长，且后期模板由于拆模较难，破损率高，影响模板的周转次数，也增加了施工难度，施工进度难以把控。因此在密肋楼盖施工时建议采用GRC定型模板，该模板的特点在于是一次性，且费用较为低廉，一般价格在空心内模的一半左右。在施工中采用该定型模板时，具有不用拆模，后期粉刷不用抹灰，可直接喷涂的特点，因而大大缩短了施工周期。在模板制作安装、拆模、后期装饰工程上平均工期可以缩短1/3的时间。

空心楼盖的施工方法基本同普通混凝土的施工方法，但由于其楼盖的特殊性，需选用定制的内模，根据《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECS175：2004）中第7章的要求，空心楼盖在内模施工中，必须注意以下几多

1、骨料尺寸问题：

由于现浇空心楼盖的顶板和底板薄、肋宽小，规程对骨料的最大粒径要求苛刻，不宜超过空心楼板肋宽的1/2和板底厚度的1/2，且不得超过31.5mm。混凝土的粗骨料实际施工时这个尺寸的材料非常难以控制，在施工时应予以注意。

2、振捣问题：

混凝土浇筑时，振捣器应避免触碰内模。这在施工期间也较难以控制，特别是振捣棒的使用，工程常用振捣棒的直径为30mm～60mm。肋宽小的时候，振捣时不可避免的会碰触到内模。

3、密实度问题：

园筒内模和特别是矩形内模下部底板的混凝土会因内模的存在而使混凝土难以振捣密实，容易在内部出现空洞而拆模后无法发现以及楼板下部可能砂浆饱满，骨料偏少的无法判明的二种情况。而且在混凝土浇筑的过程中，如果出现内模破裂的情况，首先是难以发现，裂缝小，浆体会渗漏到内模里面，导致水灰比的变化，表面无法发现。其次是破损大，发现破裂后，由于钢筋已经绑扎，又打进了部分混凝土，内模会难以更换。

4、防止漂浮及内模封堵问题

空心楼盖由于其体系特点，在施工时有一重要的的施工工序，即抗浮技术措施，防漂浮措施施工单位一般采用卡料，铁丝进行定位。为保证施工质量，建议每管不少与三点。在施工时当预留、预埋设施无法避开内模时内模需采取断开或锯缺口等措施，并注意事后封堵。

5、吸水性问题

在空心楼盖的施工中，尚应注意不同材料制作的内模的吸水性问题，如吸水率过大，则应调整混凝土水灰比，控制合理的塌落度，既保证混凝土的和易性，又要防止过大的塌落度，浆料分离。避免在混凝土的后期养护过程中，一旦养护湿水不充分时，会出现因内模较大的吸水能力而使与内模接触的混凝土出现龟裂，形成工程隐患。

6、其他施工问题

在施工难度上，密肋楼盖采用GRC定型模板时，模板为五面体，可以叠放，占地面积小，储运成本低；容重在1.6左右，重量在50kg以内，比较便于搬运安装。肋间宽度较大，钢筋绑扎方便，且只需铺设顶板钢筋，工作量少。

空心楼盖的内模为圆柱体或六面体，不能叠放，占地面积大，储运成本高；容重在2.2左右，重量在100kg以上，难于搬运安装。且由于肋宽较小，肋间钢筋绑扎不易，肋梁密，钢筋绑扎多，并需同时铺设顶面和底面钢筋，工作量相对较大，内模安装和混凝土浇筑时应主要不能踩踏内模，设架空马道。

上述这些表明空心楼盖在施工中存在着施工工序多，交叉工种多，施工中质量控制点多特点，暗梁暗模的施工特点导致施工问题不容易发现，给后期使用造成隐患。为保证施工质量，空心楼盖施工时，施工单位和监理单位的人员应进行严格控制，严防施工质量事故。

四、后期使用及维护

在后期使用上，密肋楼盖和空心楼盖体系均有减低层高、无需吊顶，采光效果、空间效果好于采用梁板结构的特点。

1、空间感：

密肋楼盖由于有明肋梁，可以形成有韵律感的格构，有空间美感。空心楼盖体系如层高过于压低，会存在有压抑感。如图比较：

2、隔音效果

二种体系都具有良好的隔音效果，不同的是密肋楼盖是利用肋梁形成的噪井而具有良好的减震降噪功能。而空心楼盖则是利用空腔形成隔音效果。但对于同楼层内的声音传播，由于密肋楼盖有噪井而不会形成空旷共鸣，空心楼盖由于板底为平板，声波反射率高，容易形成反射共鸣噪音，如图示：

3、通风及消防管路安装

空心楼盖施工后，暗梁位置不宜确定，特别是在粉刷之后，吊挂点不易控制，对于管路线路及各种桥架的安装不方便，且管路交叉位置占据层高，降低使用高度。而密肋楼盖由于是明密肋梁，吊挂点设置方便，管路交叉位置可利用肋井空间错开，充分利用空间，如图示：

五、经济效益比较

二种楼盖体系与无梁楼盖体系和梁板体系相比，均具有良好的经济性，可较大的降低钢筋及混凝土用量，在降低层高后，综合考虑回填土方、抗浮措施、围护结构及柱减少量、施工费用的减少及模板的费用后，其综合经济效益明显。

二种体系之间的比较，从实际工程运用来看，地上小荷载工程空心楼盖体系结构经济性略好，但应注意内模费用，考虑综合经济效益比较。地下和较大荷载工程中，二种楼盖体系结构经济性基本相同，在结构选项时应注意工程特点，考虑综合经济效益。

六、总结

结合上述分析和比对，二种楼盖体系的综合对比如下表

从表中可以看出，在比较规则柱网尺寸和常用跨度范围内的地下和较大荷载工程中，密肋楼盖体系较空心楼盖体系更适宜，而在较小荷载地上工程中，空心楼盖体系更适宜。

参考文献：

[1]李培林，吴学敏.混凝土井式楼盖设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[2]林同炎，S.D.斯多台斯伯利.结构概念和体系[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[3]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[4]GB 50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].

[5]GB 50108-2008 地下工程防水技术规范[S].

[6] CECS175：2004现浇混凝土空心楼盖结构技术规程[S].

作者简介：

付涛（1971-），男，湖北黄石，高级工程师，本科，研究方向为建筑结构设计。黄颖（1970-），男，江苏泰兴，高级工程师，本科，研究方向为建筑结构设计