空腹楼板在建筑结构设计中的应用新探
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摘要：空腹楼板在建筑结构设计中很有优势，性能的优越性，使其在今后的应用中将会更加广泛。空腹楼板结构中，模盒将会作为永久性地填充材料，留在混凝土楼板内，能够起到防火隔音等效果。本文对空腹楼板在建筑结构设计中的应用做一下分析，希望对今后相关内容的研究提供借鉴。
关键词：空腹楼板；模盒；结构设计；应用研究
中图分类号：TU756文献标识码： A
空腹楼板在建筑结构设计中很有优势，它是采用模盒作为施工内模、并将模盒永久性地填埋于混凝土楼板内填埋于楼板内。模盒是一种高性能的复合楼板，用轻质防火保温材料制作，能起到防火、隔音、隔热、防震及节能的作用。下面本文就和大家一起探讨一下其在结构设计中的应用。
1结构内力分析
1.1 主梁大板结构内力分析
主梁大板结构（有梁结构）的总体内力分析与常规梁板结构相同，可采用各种结构软件分析。但需注意的是，空腹板的截面厚度较一般实心楼板大2~5 倍，因而影响梁刚度的有效翼缘宽度也增大2~5 倍，楼板自身的截面惯性矩提高约8~125 倍，其平面外刚度不可忽视，然而几乎目前所有的国内软件都是通过增大梁的刚度来考虑楼板刚度影响的，因此，建议将框架梁的刚度增大系数由1.5~2 提高为2~2.5。若采用的软件考虑楼板参加内力分析，可按等刚度原则取等效楼板厚度参加计算。楼板自身的内力计算与实心板相同，根据其支承条件按弹性或塑性计算均可。
值得注意的是，根据《钢筋混凝土结构》的试验结果表明，不管按何种方法分析内力进行设计，板的承载力往往大于设计值，其中固然有材料的潜在强度等因素的影响，但主要是计算简图与实际不一致。板在极限状态时，板的支座处在负弯矩作用下上部开裂，跨中则由于正弯矩的作用而下部开裂，其跨中和支座中性面之间产生一拱度（拱度的高度约为板截面高的1/3），由于支座的约束，整块板存在着穹顶与薄膜作用，因而在板的平面内逐渐产生相当大的水平推力，这项推力与拱度产生的力矩可减少各计算截面的弯矩，其减小程度视板的边界条件而异，对四周与梁整体连接的板，其中间跨的跨中及支座弯矩可减少20%。对于双向板的边跨跨中弯矩及第二支座的负弯矩，当L /L
1.2 无梁楼盖结构
实用的内力分析方法主要有两种：①等代框架法；②经验系数法，在《全国民用建筑工程设计技术措施-结构》的第十四章有较详细的介绍。需补充说明的是，经验系数法仅用于计算垂直荷载下的内力，当不考虑水平荷载时（如地下室或平面尺寸很大的多层建筑）该方法较方便且合理。此外应注意的是，等代框架法在计算水平荷载和垂直荷载下的内力时，所取的等代框架梁的宽度是不同的。另外，两个方向是分别计算的，当采用空间软件整体计算时，垂直荷载应分别按两个方向单向传递分别计算，水平荷载应改变等代框架梁宽度单独计算，然后与垂直荷载下的内力进行叠加。
2截面配筋构造
2.1 有梁板的配筋
2.1.1 板面负筋
空腹板沿支座长度的板面负筋可采用两种配置方式：①与实心板相同，按每延米配置在面板内（如：φ8@150）；②按每肋配置在密肋内（如：3φ8@50/肋）。板面支座负筋伸入板内的长度与实心板相同，一般为板块短跨的1/4。
2.1.2 板底配筋
对于T 型密肋板，由于肋宽较小（一般60~100）通常只配一根钢筋在肋底。对于工型密肋板，下翼缘宽度为150~190，一般配3~5 根钢筋在下翼缘内。对于箱型楼板，板底配筋可以有两种形式：①与实心板相同，按每延米配置在底板内（如：φ8@150）；②按每肋配置在密肋内（如：3φ8@50/肋）。
2.1.3 其他
翼缘配筋：面层板及箱型板的底板内按构造配筋，一般配2φ4@200双向/肋间。肋架立筋：肋顶架立筋配一根φ6~φ10。肋内箍筋：肋内箍筋一般为单支箍，按计算配筋。构造配筋时，可按φ6@200 配置。
2.2 无梁板的配筋
按板块无梁板可划分为：柱顶板块、跨中板块、柱间板块；按板带无梁板可划分为：柱上板带、跨中板带；板带与板块间的关系为：柱上板带=柱顶板块+柱间板块+柱顶板块；跨中板带=柱间板块+跨中板块+柱间板块（见图1）。
2.2.1 板底配筋
板底配筋按板带配置，配筋方式与有梁板相同。
2.2.2 板面配筋
板面负筋按板块配置，柱顶板块内配双向受力筋，柱间板块在跨中板带方向配受力钢筋，拄上板带方向配构造钢筋，跨中板块内均配构造钢筋。
3 空腹楼板优势分析
3.1 结构受力
楼板是典型的受弯控制构件，其抗弯承载力与楼板截面高度的平方成正比，即楼板截面高度提高一倍，楼板的抗弯承载力提高为原来的四倍。空腹楼板的混凝土空心率可高达40~70%，也就是说采用与传统实心楼板同样多的混凝土材料，可使楼板截面高度提高为原来的2~5 倍，其抗弯承载力提高为原来的4~20 倍，因此，满足相同的承载力要求，可减少梁板用钢量40~50%，或可成倍提高楼板的跨度。
3.2 结构传力
传统梁板结构的梁、板刚度差异悬殊，板的平面外刚度被忽略，楼板荷载按面积线性传递给梁（通常是梁跨中荷载最大，支座处最小）。空腹板的截面高度为传统平板的2~5 倍，截面惯性矩为传统平板的8~125倍，其平面外刚度已不可忽视，梁、板刚度差异大大缩小，因而改变了荷载的传递特征，使荷载的传递呈抛物线型向支座处集中，即越靠近支座反力越大，梁跨中反力最小。而设计计算并未考虑这一变化，因此可以说，空腹板通过影响梁板间的荷载传递特征大大改善了框架梁的受力状态，按传统传力方式设计的框架梁实际上因未考虑荷载传递的变化而增加了一定的安全储备。
3.3 截面受力
翼缘参加工作的宽度越大，空腹截面的力学性能就越好。空腹板的肋间净距设计为580，翼缘厚度的最小值按《混凝土结构设计规范》应取50（翼缘厚度应尽量取小以节省材料、减轻自重），根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）7.2.3 条要求，翼缘参加工作的有效宽度为12 倍翼缘厚度，即12×50=600>580，因此，只要截面的受压区高度未超过翼缘厚度，其截面受力特征就如同相同截面高度的实心板一样整板受力，而不是仅仅密肋受力。
4 结束语
空腹板用于框架梁-大板结构体系时，由于省去了次梁，避免了集中力对框架梁的作用，从而大大改善了框架梁的受力状况，尤其是改善了框架梁的抗剪承载力。此外，由于空腹板的截面高度一般较大，通常为框架梁截面高度的2/3 以上或与其相同，不仅大大提高了框架的刚度、减小了位移、提高了舒适度，而且其上、下翼缘对框架梁的扭转变形有着很好的约束和抵抗作用，从而大大改善了框架梁的抗扭承载力。再者，空腹板的较大截面厚度对框架梁柱节点形成三维（三向）约束，大大提高了框架节点的延性，从而提高框架的抗震性能。因此，空腹板用于高层结构体系取消次梁后，不仅使建筑设计灵活多样成为可能，而且大大改善了总体结构的受力状况和抗震性能。
参考文献：
[1]陈波，郑旭东.一种新型组合结构-组合式空腹板.贵州工业大学学报：自然科学版，2002（5）.
[2]唐兴荣，蒋永生.新型钢筋混凝土空腹桁架的结构分析.东南大学学报：自然科学版，2006（6）.