陸鳳云

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摘要：本文主要針對實心樓板與空心樓蓋結(jié)構應用的對比，空心樓蓋結(jié)構具有自重輕、材料省、整體性能好、綜合造價低和加快施工速度等特點，在建筑結(jié)構設計中廣泛應用。

關鍵詞：結(jié)構設計；空心樓蓋

0 引言

隨著空心樓蓋結(jié)構的推廣，其逐漸應用在高層結(jié)構設計當中?？招臉巧w結(jié)構在高層建筑中優(yōu)勢明顯：增加樓層凈高，8m跨度的大空間現(xiàn)澆空心樓蓋體系樓蓋結(jié)構厚度250-500 mm，增加樓層凈高250-700 mm；無需吊頂，室內(nèi)結(jié)構頂棚平整美觀，一般無需吊頂；室內(nèi)空間高達舒展，經(jīng)濟跨度可達8-12m；可以建造更多的樓層，在保證樓層凈高的前提下，通過壓縮建筑層高，每隔10-20層可增加一個樓層；隔熱隔音性能好，內(nèi)置封閉的空腔提升了樓板的隔熱性能，樓板的平均厚度比普通樓板大，提高了隔音效果。同時，空心樓蓋在結(jié)構方面的特點是結(jié)構自重輕，鋼筋用量少，施工方便；在經(jīng)濟方面的特點是節(jié)省鋼筋、混凝土、模板用量和費用，節(jié)省基礎造價，節(jié)省施工工期，節(jié)省空調(diào)運行維護費用等。

傳統(tǒng)的高層結(jié)構采用實心樓板結(jié)構，由于實心樓板厚度相對小，平面外剛度有限，所以在進行受力分析的時候，只考慮樓板對框架或框剪結(jié)構中的梁有一定的約束和剛度貢獻，而樓板與框架或框剪結(jié)構是相對獨立進行受力分析的，不完全考慮兩者之間的變形協(xié)調(diào)關系，樓板也不參與整體結(jié)構的受力分析。然而，空心樓蓋結(jié)構的樓板雖然是空心的，但是厚度相對大，空心樓蓋結(jié)構又以扁梁為主，有時甚至梁高與板厚相同，板對梁的影響相當之大，而且，空心樓板內(nèi)模之間是肋梁，把這些肋梁都看作結(jié)構梁的話，空心樓蓋結(jié)構可以類比為密肋梁結(jié)構體系。因此，空心樓蓋結(jié)構和實心樓板結(jié)構之間存在比較大的差異，那么它們在高層結(jié)構設計計算中有何異同。本文以一算例，用廣廈程序分別對高層建筑進行空心樓蓋結(jié)構和實心樓板結(jié)構建模計算，根據(jù)計算數(shù)據(jù)，分析比較兩種結(jié)構的整體性能。

1 算例說明

本算例為13層框剪結(jié)構，各層高為3.3 m，X向36 m，Y向27 m。結(jié)構安全等級為二級，結(jié)構設計基準期為50年，結(jié)構設計使用年限為50年，抗震設防烈度為7度，基本風壓為0.5 kN/m2，場地類別為11類，地震設計分組為一組，結(jié)構阻尼比0.05。荷載按GB 50009-2012《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》取值?？招臉巧w結(jié)構的平面布置和實心樓板的平面布置分別如圖1和圖2所示。

圖1空心樓蓋結(jié)構平面布置

圖2實心樓板結(jié)構平而布置

兩種結(jié)構的混凝土等級均為C30，剪力墻和柱子的位置和尺寸均一樣，柱子尺寸為900mm×900 mm，柱距均為9 m，剪力墻分布在四角，墻厚200 mm，長度為3m，不同之處僅僅是每一層的梁板?？招臉巧w的扁梁尺寸為900 mm×300 mm，板厚300mm；實心樓板的主梁為250 mm×800 mm，井字梁為200mm×600 mm，板厚為100mm。兩種結(jié)構經(jīng)過廣廈建筑結(jié)構CAD程序計算均滿足各種安全規(guī)范。下面對兩種結(jié)構的計算結(jié)果進行對比分析。

2 計算對比

2.1樓層側(cè)向剛度對比

從圖3可以看出：空心樓蓋結(jié)構的各層側(cè)向剛度僅為實心樓板結(jié)構的50%左右。高層結(jié)構的抗側(cè)剛度取決于其豎向構件和豎向構件之間的聯(lián)系，本文兩種結(jié)構的豎向構件是完全一樣的，因此造成兩者側(cè)向剛度的差異都緣于梁板。實心梁板結(jié)構的梁高遠大于空心樓蓋的扁梁，抗彎剛度較大，在豎向構件一樣的情況下，實心梁板結(jié)構的抗側(cè)剛度肯定是大于空心樓蓋的，然而是否能夠大一倍之多這是值得分析的地方。

圖3 0°方向的樓層側(cè)向剛度對比

因目前結(jié)構計算分析軟件的限制，樓板與結(jié)構梁獨立計算，未能充分考慮到厚度大的空心樓板對整體結(jié)構的剛度貢獻，故計算出來的側(cè)向剛度會比實際的要小。如果按照實際情況分析，空心樓板里面大量的肋梁與扁梁整體澆筑，緊密相連，對整體剛度有一定的增大，應參與到整體的受力分析中。

2.2地震作用下最大層間位移對比

從圖4可以看出：首層兩種結(jié)構的最大層間位移幾乎相等，隨著樓層增加，空心樓蓋結(jié)構的最大層間位移開始大于實心樓板結(jié)構，而且相差的幅度也隨著樓層的增加而增大，在最高層的位置空心樓蓋結(jié)構的最大層間位移是實心梁板的兩倍多。首層的層間位移幾乎相等是因為受到了基礎的強約束，隨著層數(shù)增，受到的約束越來越小，在地震作用下層間位移便越來越大了。在較高樓層，空心樓蓋結(jié)構的最大層間位移之所以遠大于實心樓板結(jié)構的兩倍有余是因為上述的側(cè)向剛度計算結(jié)果所導致的。值得注意的是，空心樓蓋最大層間位移出現(xiàn)在樓層的位置與實心樓板的不一樣?？招臉巧w結(jié)構的最大層間位移出現(xiàn)在第7層附近，而實心樓板結(jié)構的出現(xiàn)在第5層附近。這說明空心樓蓋結(jié)構最薄弱的位置比實心樓板結(jié)構的要高，應注意薄弱位置的加強。

圖4 0°方向地震作用下最大層間位移對比

2.3最大層間位移角對比

由表1可以看出：空心樓蓋結(jié)構的最大層間位移角都比實心樓板結(jié)構的要大，且最大層間位移角出現(xiàn)的位置也都比實心樓板結(jié)構的要高，與上述的計算結(jié)果保持一致。高層建筑最大層間位移角限值為1/800，兩者均滿足此限制，同時可以看出實心樓板結(jié)構的偏于安全，而空心樓蓋結(jié)構偏于經(jīng)濟。這里還值得分析的地方是，風荷載導致空心樓蓋結(jié)構的最大層間位移角大于實心樓板結(jié)構的兩倍，而地震作用產(chǎn)生的最大層間位移角卻少于實心樓板結(jié)構的兩倍，這里的原因是空心樓蓋結(jié)構的整體質(zhì)量小于實心樓板結(jié)構，地震作用就會相對較小，因此兩者地震作用下的最大層間位移角會相差得比較小。這里可以體現(xiàn)空心樓蓋結(jié)構能夠減小地震作用的特點。

表1 各種作用下最大層間位移角及其樓層對比

2.4前三振型的自振周期與振型參與質(zhì)量對比

從表2可以看出：空心樓蓋結(jié)構的前三個振型自振周期都比實心梁板的要大，比后者大30%左右，但是振型的參與質(zhì)量比實心梁板的要小。自振周期長，說明空心樓蓋結(jié)構的整體剛度較柔，與上述的計算數(shù)據(jù)是吻合的，實心梁板結(jié)構整體剛度大，較為吸收地震作用，產(chǎn)生的地震力大，為了保證結(jié)構安全會提高整體造價，這里再次體現(xiàn)空心樓蓋減小地震作用，降低造價的特點。

表2 前三振型的自振周期與振型參與質(zhì)量對比

2.5結(jié)構地震作用下地震力及地震剪力

從圖5和圖6可以看出：兩種結(jié)構在底部3層的地震力相差無幾，從第4層開始空心樓蓋結(jié)構的地震力小于實心梁板結(jié)構，隨著樓層增加，相差幅度越來越大，在第11層達到最大，然后兩者的地震力又開始趨向一致。

結(jié)構頂層地震力突然增大，是鞭梢效應的影響導致地震力放大的結(jié)果?？招臉巧w結(jié)構首層地震剪力比實心梁板結(jié)構小，相差幅度大約為28%。隨著樓層增加，相差幅度逐漸減小，到頂層兩者的地震剪力幾乎相等?？招臉巧w結(jié)構的地震力比實心梁板的小緣于其整體質(zhì)量比較小，雖然前面其他數(shù)據(jù)分析這樣會減小整體剛度，抵抗力會下降，位移會增大，但是地震力減小，能夠大大提高結(jié)構的經(jīng)濟性，而且還能保持結(jié)構在規(guī)范的安全范圍內(nèi)，這是空心樓蓋結(jié)構得以逐漸推廣的重要原因之一。

圖5 0°地震作用下地震力比較

圖6 0°地震作用下地震剪力比較

3 結(jié)論

1）目前廣廈建筑結(jié)構CAD軟件在空心樓蓋結(jié)構體系方面的計算分析還不夠完善，未能充分考慮到大厚度的空心樓板對整體結(jié)構的剛度影響。

2）空心樓蓋結(jié)構由于結(jié)構梁數(shù)量減少和剛度降低，整體剛度比實心梁板要小，最大層間位移和位移角較大，且出現(xiàn)的位置較高。

3）空心樓蓋結(jié)構的整體質(zhì)量小于實心梁板結(jié)構，從而降低地震力，能夠大大減小高層建筑的造價，提高高層建筑建造的經(jīng)濟性。

參考文獻：

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