现浇混凝土空心楼盖结构技术规程简介

现浇混凝土空心楼盖结构技术规程CECS175:2004简介程志军王晓峰（中国建筑科学研究院北京100013）【提要】介绍了《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》CECS175:2004的编制情况、主要技术内容及特点，主要包括规程的适用范围、内模、空心楼板两个方向刚度的差别、边支承板楼盖和柱支承板楼盖、柱支承板楼盖结构内力分析、内力的拆减、受弯承载力计算、受剪承载力计算、挠度和裂缝控制、配筋率、楼盖角部构造钢筋、施工及验收等内容。、性.、・前言现浇混凝土空心楼盖结构具有混凝土用量少、自重轻、地震作用小、隔声隔热效果好等优点，可较方便地实现大跨度，并降低层高。近年来这种楼盖结构受到了广大建筑单位和技术人员的欢迎，已在工业、民用建筑中应用了上千万^。在大力发展节能省地型住宅和公共建筑的形势下，作为“建设部推广应用技术”[1]和“2004年建设部科技推广项目”[2]的现浇混凝土空心楼盖技术，可实现节能、节材，降低工程总体造价，相信在今后会有更广阔的应用景。各地在应用现浇混凝土空心楼盖的过程中，均总结了一些成熟的经验，并编制了相应的地方规程[3]~[5]。但在全国范围内对此项技术的应用仍没有形成统一的认识，还有一些技术问题没有得到解决。作为首本国家级工程建设标准，《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》CECS175:2004对现浇空心楼盖结构的设计、施工及验收做出了规定，并解决了应用中的一些具体问题。相信规程的颁布对规范行业市场、促进技术发展、扩大空心楼盖应用范围等都会起到了积极的推动作用。一、编制条件及编制过程现浇空心楼盖技术在国内外的发展已有几十年的历史。国外上世纪七、八十年代的混凝土专业著作中就对埋置管状内模现浇空心楼盖的受力特性、结构构造作了研究[6]~[7]。国内各单位从上世纪八十年代末开始研究现浇空心楼盖，并取得了一系列的研究成果。近年来，由于建筑发展的需要，现浇空心楼盖结构的应用范围、数量不断扩大，编制工程建设标准，为现浇空心楼盖结构的应用提出统一、合理规定的必要性越来越突出。根据中国工程建设标准化协会（2002）建标协字第12号文《关于印发中国工程建设标准化协会2002年第一批标准制、修订项目计划的通知》的要求，规程编制组由中国建筑科学研究院、湖南省立信建材实业有限公司、中南大学土木建筑学院、大连市建筑设计研究院、湖南省第六工程公司、湖南省建筑设计院、北京市建筑工程研究员等7个单位于2002年8月成立。在两年多的编制过程中，编制组在北京、长沙分别进行了薄壁管布置方向不同的单向板和1:1空心楼盖的受力性能试验研究，综合了国内外相关的理论、实验研究成果，开展了专题研究，总结了工程实践经验，参考了国内外相关标准规范的规定，并在广泛征求意见的基础上，编制了该本规程。经过专家审查和中国工程建设标准化协会批准后，规程于2005年4月1日起施行。二、 规程主要技术内容及特点规程包括总则、术语和符号、内模、结构分析、设计规定、构造要求、施工及验收等内容，其主要特点如下：（1） 规程的适用范围现浇混凝土空心楼盖就是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。规程是用于工业与民用房屋中现浇的钢筋混凝土和预应力混凝土空心楼盖的设计、施工和验收。对于大跨度的预制构件、基础筏板、转换层楼板、人防结构楼板，为节约混凝土、减少自重，可埋入各类内模，参考本规程的有关规定应用。在基础筏板、转换层及人防结构楼板中已有工程应用经验。规程不适用于竖向空心构件。（2） 内模规程明确提出了“内模”的概念，即埋置在现浇混凝土空心楼盖中用以形成空腔且不取出的物体。内模作为非抽芯成孔物，主要起到规范成孔形状的作用，不参与结构受力，当混凝土成型、达到设计强度后，内模也就完成了“工作使命”。设计中确定楼板的永久荷载时，应考虑内模的重量，并应在设计文件中提出相应的要求。在满足各种施工操作要求的基础上，质量轻、价格廉的内模才是现浇空心楼盖需要的。空心楼盖的内模种类很多，已有多种材料可用来制作满足程控要求的内模。内模多为薄壁空心形式，但也可有实心的轻质材料加工而成。圆形薄壁管、方形薄壁箱体（简称箱体）作为现浇混凝土空心楼盖的内模已有较多的实验研究成果和工程实践经验，规程主要以这两种内模为基础编制。对其他的内模，规程也给出了相应的规定。规程中关于薄壁管楼板两个方向刚度均是针对直径为500mm以下的圆形薄壁管规定的，对于其他形状或者直径大于500mm的薄壁管，需要另行分析研究。对于箱体楼板，规程规定板底厚度（箱体底面至楼板底的最小距离）不应小于50mm，对于内模直接放在底模上的空心楼板，规程不适用，可按密肋楼板进行设计。（3） 空心楼板两个方向刚度的差别当内模为箱体时，可直接计算楼板各个方向的截面惯性矩，对于箱体布置均匀的楼板也可按各向同性板进行内力分析。当内模为薄壁管时，竖管方向楼板可直接计算截面惯性矩。规程编制组进行的理论分析及单向板、双向板荷载试验均表明，在常用的截面参数条件下（薄壁管外径小于500mm），薄壁管楼板竖管、横管两个方向的弹性刚度相差不超过10%，国内其他单位的研究成果也给出了大致相同的结论⑻⑼。当截面开裂后，刚度受截面形式影响较小，主要与配筋面积A有关。实体结构S的加载试验也表明楼板极限状态下的塑性铰线、破坏形态与普通实心双向板相同[10]。根据上述研究成果，规程对不同形式的空心楼盖，根据楼板截面形式的特点给出了处理楼板两个方向刚度差别的方法。（4） 边支承板楼盖和柱支承板楼盖规程将现浇混凝土空心楼盖分为边支承板楼盖和柱支承板楼盖，分别按不同方法进行内力分析。边支承板是由墙或刚性梁支承的楼板，包括剪力墙结构及梁刚度较大的框架结构；柱支承结构是由柱支承的沿柱轴线无梁或带柔性梁的楼板，包括无梁板柱结构及梁刚度较小的框架结构。规程中仅提出了“楼盖内区格板的周边现浇框架梁竖向变形较小”的条件，没有明确给出柱支承板与边支承板的明确界限，留给设计人员更多的空间。设计人员可参考相关资料并根据设计经验作出判断，但应充分考虑规程给出的条件，不宜过松[11]。边支承板楼盖具有可靠的边界支承，可不考虑水平荷载的作用。考虑到弹性刚度相差不超过10%、极限破坏与实心板基本相同两个结论，规程规定边支承的内力分析可忽略楼板的各项异性，取用与普通实心楼板相同的内力分析方法。规程规定了带柔性梁的柱支承板楼盖结构的内力分析也应同无梁板柱一样考虑水平荷载作用。这与现有的一些设计习惯略有不同，扩大了考虑水平荷载的范围，主要是考虑刚度较小的一些扁梁无法实现“框架梁”的作用，直接按框架结构进行计算与实际受力情况不符，也不经济。柱支承板、边支承板的区分仅针对楼盖结构的内力分析和构造措施，与结构类型、房屋高度、结构构件的抗震等级的确定无关。如楼板周边支承为扁梁，如扁梁符合规程第4.2.2条及《建筑抗震设计规程》GB50011-2001的有关规定，则可按框架结构确定房屋高度、结构构件抗震等级，但仍应按柱支承板结构进行内力分析。（5） 柱支承板楼盖结构内力分析根据柱支承板楼盖结构的受力特点，规程给出的内力分析方法如下：拟梁法。在我国应用现浇空心楼盖的初始阶段，大都是采用拟梁法进行计算的。规程仍保留了传统的拟梁法，并给出了不同的情况下的处理办法。由于拟梁法同时考虑空心楼板的两个计算方向，楼板两个方向弹性刚度的差异对计算结果有一定的影响。规程给出了横管方向拟梁抗弯刚度的计算系数 Y，Y和薄壁管外径与楼板厚度的比值相关。直接设计法和等代框架法。直接设计法(也称为弯矩系数法)和等代框架法是双向楼盖结构内力分析的常用方法，在国外多本规范中已有详细规定。我国现行的多本国家、行业标准中也对这两种方法用于板柱结构内力分析做出了相应规定。本规程在综合分析的基础上，规定了这两种方法可用与柱支承板楼盖结构的内力分析，并较详细地介绍了这两种分析方法。直接设计法、等代框架法都是按两个方向分别计算，且两个计算方向均应考虑全部荷载作用。由于按纵、横两个方向分别计算，计算结果主要取决于计算板带(等代框架梁)在宽度方向的刚度分布，空心楼板两个方向的刚度差异对结果影响较小，故两种计算方法均忽略了薄壁管楼板两个方向的刚度差异，取楼板空心区域两个方向单位宽度范围内的截面抗弯惯性矩相等，其值均按竖管方向确定。直接设计法以大量的理论分析为基础，参照了钢筋混凝土楼板试验和已有的工程经验，确定了适用于钢筋混凝土楼盖分析的弯矩分配系数，但这些弯矩系数不能普遍适用于预应力混凝土楼盖。预应力混凝土柱支承板楼盖的内力分析应采用等代框架法。水平荷载作用下的内力分析。竖向均布荷载作用下可采用拟梁法、直接设计法或等代框架法进行内力分析，水平荷载、地震作用下则只能采用等代框架法进行内力分析。采用等代框架法分析时，竖向荷载作用与水平荷载、地震作用下等代框架梁宽度不同，应予以注意。同时承受竖向荷载、水平荷载和地震作用的结构，应按竖向荷载和水平荷载(作用)分别计算，并按规程的相关规定进行组合。内力的折减楼盖的内力分析结果可在保证安全的条件下进行调整，规程的主要规定如下：根据本规程及《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的相关规定，空心楼板经过弹性分析求得的内力，可对支座及跨中的截面进行弯矩调幅。规程规定单向板、边支承双向板的调幅不应超过20%，柱支承板楼盖竖向均布荷载作用下每个计算方向正、负弯矩之间的调幅不应超过10%。对于配置冷加工钢筋的楼板，弯矩调幅应符合相应规程的规定。当按弹性方法计算楼板内力时，边支承双向板两个方向的跨中正弯矩在距支座1/4宽度内可取相应方向楼板最大弯矩的1/2(如图1)。yA列俺：U.ih'iA一如图1边支承双向板弹性内力分析正弯矩调整(121)xy规程参考了《钢筋混凝土结构设计规范》TJ10-74的有关规定，提出了当考虑楼盖薄膜效应时对区格板跨中、支座截面计算弯矩的折减方法。受弯承载力计算采用截面换算的方法进行空心楼盖结构的内力分析后，应按空心楼板的实际截面进行承载力计算。在薄壁管楼板的竖管方向，受弯承载力计算可按等面积、等惯性矩、等宽度、等高度的I型截面考虑，并根据混凝土受力区高度区分第1类或者第2类I型截面；在薄壁管楼板的横管方向，受弯承载力计算可按等高度、等宽度的实心楼板考虑，但混凝土受压区高度不宜大于受压区最小翼缘厚度。考虑弯矩调幅的空心楼板，其正截面承载力计算中的混凝土受压区高度不宜大于受压区最小翼缘厚度。上述受压区最小翼缘厚度可为板顶厚度(正弯矩计算截面)或板底厚度(负弯矩计算截面)。受剪承载力计算柱支承板楼盖的剪切验算以受冲切为主，边支承板楼盖则应验算受剪承载力。当内模为箱体时，直接按箱体间肋梁验算受剪承载力即可，但肋梁内箍筋的构造应符合《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的要求。当内模为薄壁管时，可不配置受力箍筋，直接按规程规定进行受剪验算即可。当内模为薄壁管时，规程中的受剪承载力计算公式仍采用《混凝土结构设计规范》的形式，结合以往对预制空心楼板受剪承载力的研究及编制组进行的两个方向布置薄壁管单向板抗剪试验结果，在公式中近似给出了空心楼板两个方向的受剪计算系数0(对竖管方向取1.3，对横管方向取0.6)。当薄壁管楼板肋宽内布置预应V力筋时，规程对预应力提高的受剪承载力也作出了相关规定。根据相关的实验研究成果和规程的相关规定，在内力分析时很多情况下都可以忽略薄壁管楼板在不同方向上的刚度差异。但在受弯、受剪承载力计算时，不同方向的差异则比较明显：受弯承载力计算时，横管方向的混凝土受压区高度限制(也可视为最大配筋率)比竖管方向要求严；受剪承载力计算时，横管方向单位宽度楼板的受剪承载力约为竖管方向的一半。承载力计算决定了横管方向仍为楼板“薄弱”方向。所以规程规定薄壁管宜应沿受力较大的方向顺向布置。对于荷载、跨度较大的边支承薄壁管楼板，按规程公式计算抗剪承载力可能无法满足要求，且横管方向尤为明显。实践中可采用加大肋宽，在肋宽范围内布置受力箍筋或预应力筋等方式增加受剪承载力，但也应该注意有可能需要加大板厚，即由受剪承载力控制楼板厚度的情况。受冲切承载力计算规程根据柱支承板楼盖结构的受力特点，参考了国内外相关标准的有关规定，对柱支承楼盖结构的受冲切承载力计算做出了规定，主要特点如下：考虑到工程实践的需要，规程规定当采用型钢剪力架、抗冲切锚拴等抗冲切加强措施时，受剪承载力计算应符合《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ92-2004的相关规定。《混凝土结构设计规范》GB50010-2002仅规定了板柱节点临界截面上由受剪传递的不平衡弯矩aMb。规程参照美国规范ACI318的有关规定，提出弯曲传递的0unb不平衡弯矩(1-a)M应由有效宽度为柱(柱帽)两侧各1.5h。截面范围内配置的纵向受拉钢筋承担。可由上述范围内已配置的钢筋验算，如不够则应加配钢筋。0unb s《建筑抗震设计规范》GB50010-2001、《预应力混凝土结构抗震设计规程》JGJ140-2004等标准绝对沿两个主轴方向通过柱截面的板底连续钢筋面积作出了规定，主要是为了防止极限状态下诸于楼板脱落。规程参考了美国ACI318、加拿大CSAA23.3等规范的有关规定，对这项规定作了适当补充：a)板底贯通钢筋不应少于两根；b)对于边柱、角柱，在柱中锚固的钢筋，其截面面积按一半计算。此钢筋也可由已配置的钢筋验算，如不够则应加配。对于带梁的柱支承板，为保证柔性梁受剪计算的可靠，规程规定计算柔性梁剪力时应考虑其从属面积内的全部竖向荷载。根据柱支承板结构的受力特点，参考ACI规范的有关规定，规程规定楼板仍应计算受冲切承载力，受冲切承载力计算的等效集中反力应按规程的相关规定进行分配，计算时不考虑柔性梁在板顶、板底突出的部分。这样的计算原则使梁考虑了全部剪力，楼板也考虑了应承受的剪力，是相对安全的。挠度和裂缝控制双向板的挠度、裂缝宽度验算问题至今仍未有可靠的解决办法。国外规范中通常通过截面尺寸、配筋构造措施的限制条件来控制构件的挠度和裂缝宽度，也没有给出适用于双向板的裂缝宽度计算公式。考虑到我国的设计习惯和规范规定，规程仅提出了不作挠度、裂缝宽度验算的一般原则，设计时可根据实践经验采取有效的措施。实际工程中挠度问题可以通过支模反拱等措施来“抵消”，采用带肋钢筋，减少钢筋间距则是控制裂缝的较好办法。配筋率《混凝土结构设计规范》规定I形截面计算纵向受力钢筋小配筋率时，可按截面全截面面积扣除受压翼缘面积后的截面面积计算。薄壁管楼板的竖管方向和箱体楼板两个方向的横断面都可看作I形截面，考虑到空心楼板常应用到大跨度，且受力性能接近于等厚度实心楼板的情况，规程规定计算纵向受力钢筋最小配筋面积、温度收缩钢筋面积时，计算面积取不扣除受压翼缘的楼板实际截面，配筋率数值均按《混凝土结构设计规范》GB50010-2002的相关规定选用。当内模为薄壁管时，横管方向的楼板断面不再连续，无法规定配筋率的计算截面，规程提出“配筋量”的概念来解决这个问题。由于达到承载能力极限状态时楼板横管方向与竖管方向承载力相近，故单位宽度内纵向受力钢筋最小配筋量在薄壁管楼板的两个方向宜取相同。对薄壁管楼板，竖管、横管方向计算各种配筋面积时均按如“工”形的截面计算即可。楼盖角部构造钢筋现浇混凝土空心楼盖角部处于复合受力状态，轻易因湿度、收缩产生裂缝，规程规定应配置专门的构造钢筋。楼盖阳角构造钢筋配置在阳角所在角区格板内，并在周边墙或梁内按受拉钢筋锚固。楼盖阳角构造钢筋配置在楼盖阴角两边延长线所围成的区格板内，并延伸到周边区格板内，延伸长度可取为周边区格板短边跨度的1/4。施工及验收现浇混凝土空心楼盖结构的施工及验收具有以下主要特点，这些内容也是实践中应特别注意的地方：内模的进场验收。规程规定了薄壁管、箱体内模的进场检验批数量和具体的检验方法。规程规定的现场检验项目为外观质量、尺寸偏差、重量、抗压荷载等与内模施工性能密切相关的几个指标，少于产品标准规定的出厂检验要求。如有特殊需要，还可根据相应要求进行专项性能的抽样检验，检验方案可由各方协商确定。内模的保护。进场检验合格的内模可以应用到工程中，施工操作中应保护好内模，避免破损。对板面钢筋安装之前损坏的内模，应予以更换；对板面钢筋安装之后损坏的内模，应采取有效的修补措施封堵。规程还提出了小心轻放、严禁甩扔、采用专用吊篮运输、铺设架空马道、严禁将施工机具直接放置在内膜上、施工操作人员不得直接踩踏内模等具体的操作要求。抗浮技术措施。混凝土浇筑时，由于受到浮力和振捣作用，可能导致内膜上移、楼板底模局部上移或钢筋移位，如不采取可靠的抗浮技术措施则可能严重影响楼板的施工质量。对单个内模与楼板底模均应采取经实践检验的抗浮技术措施，现有的有效抗浮方法有多种[12。]本规程强调了内模抗浮问题的重要性，并提出了原则性要求，具体操作可根据施工单位企业标准或施工技术方案执行。内模的定位及验收。内模的位置准确和整体顺直对于板的实际尺寸满足设计条件非常重要，应严格要求。内模的作用与模板近似，由此规程规定了内模安装应按模板分项工程进行施工质量控制和验收，可不参与混凝土结构子分部工程的验收。同时，内模安装又与钢筋安装一样，在混凝土浇筑后难以检查实际质量，同样应进行隐蔽工程验收。三、结语为了使广大技术人员对《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》CECS175:2004的编制情况和主要内容有所了解，本文作了简要