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预应力空心楼盖经济分析

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预应力空心楼盖的技术经济分析EconomicandTechnicalAnalysisofPre-stressConcreteFloorSlab彭颖●PengYing[摘要]本文基于跨度变化和截面参数变化，对常见的混凝土实心板结构形式与空心板结构进行设计计算比较，讨论预应力空心楼盖的技术经济性，并结合典型工程案例，分析该结构的优劣。[关键词]预应力；空心楼盖；技术经济分析[文章编号]1672-7045（2009）12-0053-05[中图分类号]TU37[文献标识码]BAbstract：Togetherwithcomparisonofdesigncalculationsuponthechangeofspanandsectionparametersbetweenpre-stressconcretehollowslabandcommonconcretesolidslab,thispaperhasaneconomicandtechnicalanalysisofpre-stressconcretefloorslabaswellasajudgmentonthestructure.Keywords：pre-stress;concretehollowslab;economicandtechnicalanalysis现浇混凝土空心楼盖，是按照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，其中内模是楼盖中用以形成空腔且不取出的空心或实心的筒体或箱体。它利用预制空心楼板的概念，将内模埋入混凝土板中，减少靠近中性轴的混凝土，从而达到既不降低承载力又能减轻自重的目的。预应力空心板结构是预应力技术与现浇空心板结构的结合，它既能提供大空间，又能减轻结构自重，结构技术效果十分理想。然而，由于预应力专业技术性与材料价格相对偏高，目前，业内对于该结构的经济性仍存在质疑。鉴于此，本文从结构设计方面，通过常见的混凝土实心板结构形式与空心板结构在不同柱网、荷载、截面条件下进行设计计算比较，讨论预应力空心楼盖的经济技术性。1基于跨度变化的技术经济分析众多的工程实践表明，普通荷载下，当跨度＞6m，通常选用普通混凝土板；当跨度＞12m通常选用预应力混凝土板。基于此，本文选择9m～24m的跨度范围对在普通活载作用下的普通混凝土梁板结构、预应力混凝土梁板结构和预应力空心双向平板结构进行比较分析。1.1计算模型考虑到计算的代表性和通用性，本文选用三跨结构的中间跨，构件采用矩形截面作为计算对象（见表1）。1.2计算结果分析（见表2）1.2.1从混凝土量分析（见图1）在9m～12m跨度范围内，普通板混凝土量曲线在12m处出现明显拐点，其混凝土量的增长速度远大于另外两种板结构；预应力空心板的混凝土量在三者中最低，同时其曲线斜率也最小，说明在该范围内其混凝土量随跨度增加，增长最慢；在15m处预应力空心板曲线斜率出现拐点，说明随着跨度的增大，预应力空心板与另两种结构相比，混凝★★建设论坛★★CitiesandTownsConstructioninGuangxi

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柱网（m×m）柱截面（mm）活载（kN/m2）混凝土强度（MPa）普通钢筋（MPa）预应力筋（MPa）9×9500×5003C40ftk=2.39fc=19.1HRB400φ15.2的1860级高强低松弛无粘结钢绞线，fptk=1860、fpy=1320、бcon=0.75fptk=1860×0.75=1395，单位长度质量w=1.101kg/m12×1215×15600×60018×1821×2124×24700×700表1不同跨度板经济技术分析计算模型参数表土节约量在进一步拉大。1.2.2从普通钢筋用量分析（见图2）普通板的普通钢筋量曲线斜率最大，说明该结构的钢筋量增长速度最大；预应力空心板与普通预应力板钢筋曲线比较，相差不大，说明两者的钢筋量增长速度相近。1.2.3从预应力钢筋用量分析（见图3）预应力钢筋用量空心板比实心板有所下降，说明随着跨度加大，预应力筋量降低幅度增加。其中15m、18m处跨度出现普通预应力板曲线斜率变化量大大超过预应力空心板现象，说明在15m、18m跨度后，两者差值变化更大。1.3造价分析1.3.1费用构成就预应力混凝土空心板结构而言，工程费用的影响因素较多，其土建造价费用主要由钢筋（非预应力筋、预应力筋）、混凝土、筒芯工程三项费用组成，通过费用函数体现工程费用与主要设计、施工因素之间的关系，以此能方便地看出工程费用的变化规律及其经济性。建立的费用函数形式如下：C=VcPc+MpPp+MsPs+TmCm（1）式中：C——预应力混凝土空心楼盖每平方米的造价；Vc——单位面积预应力混凝土空心楼盖所需要的混凝土用量；Mp——单位面积预应力混凝土空心楼盖所需要的预应力筋用量；Ms——单位面积预应力混凝土空心楼盖所需要的非预应力筋用量；Tm——单位面积预应力混凝土空心楼盖所需要的筒芯当量（每米筒径值）

；Pc——混凝土基价；Pp——预应力筋及相应附件的基价；Ps——非预应力筋基价；Cm——筒芯当量基价。1.3.2造价分析用费用函数公式（1）进行计算，其中所采用的材料基价，参照《江苏省建筑工程综合预算定额》和《江苏省建筑工程单位估价表》确定，并根据实际情况对影响造价的主要材料作适当调整，仅作分析对比参用。由计算可知，三种板结构造价均随着跨度增加而增加。预应力空心板在9m～12m范围内造价最高，12m～15m范围内，其处于三种结构造价中间，从15m跨度以后，其造价最低，在18m、21m、24m跨度处，其是柱网（m×m）9×912×1215×1518×1821×2124×24结构类型普通混凝土板普通预应力板预应力空心平板普通混凝土板普通预应力板预应力空心平板普通混凝土板普通预应力平板预应力空心板普通混凝土板普通预应力板预应力空心平板普通混凝土板普通预应力板预应力空心平板普通混凝土板普通预应力板预应力空心平板板厚（折算板厚）（mm）250180200（161.3）300250250（183.5）350300300（211.6）600400400（236.4）700525525（260.4）800550550（285.4）混凝土（m3/m2）0.260.190.170.350.250.190.460.310.230.560.380.250.680.470.280.80.510.295钢筋（kg/m2）29.1616.4113.043.8120.318.558.926.726.073.142.340.893.749.847.5113.856.151.2预应力钢筋（kg/m2）—4.904.90—7.86.1—10.37.5—14.39.7—17.812.1—20.513.2空心筒芯（cm·m/m2）——58.2——67.6——72.8——75.8——84——88表2不同跨度板各分项工程量计算结果表

注：计算结果中不包括构造配筋★★建设论坛★★CitiesandTownsConstructioninGuangxi

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图1不同结构方案混凝土量比较图2不同结构方案板钢筋对比图3不同结构方案板预应力筋对比三者中造价最低的（见表3）。对图4分析可知，预应力空心板结构从15m跨度开始，造价处于三者中的最低水平；在整个研究范围中，其曲线斜率最小，则该结构造价增长速度最小。综合以上分析，在9m～24m跨度范围内，普通荷载条件下，预应力空心板结构造价在12m～15m跨度内开始显现其经济性，15m以后这种优势更为明显，从其各主要构成材料的变化趋势看（见图5），可以通过减少普通钢筋用量和筒芯单价来有效地降低预应力混凝土空心板造价。2基于截面参数变化的技术经济分析2.1分析模型由于楼板是以弯曲为主的受力构件，其弹性弯曲刚度主要由受拉区和受压区提供，而截面中部的贡献较小。在满足结构设计与构造要求条件时，从现浇空心板的截面分析可知：（1）在同等工况条件下，适度加大空心板厚度，即调整板高跨比，空心板配筋量将有所降低。（2）空心板筒芯直径大小的改变，即调整筒芯上下砼实心区域板厚度，同时纵、横板的板肋宽度大小、筒芯长度的长短的变化，直接影响空心板的截面空心率和体积空心率，对板的混凝土用量产生直接影响。对现浇预应力空心楼盖，在同跨、同荷载条件下，在规范要求范围内，调整板的高跨比和体积空心率，即调整包括板截面厚度、筒芯直径、筒芯长度和肋宽等截面参数，进行计算分析（见表4）。2.2计算分析从表5可知，在同高跨比条件下预应力空心板，随着体积空心率变小，空心筒芯的工程量变化不大；混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的工程量逐渐增大。从表6可知，在同体积空心率图4不同结构方案板造价对比图5预应力空心板主材造价对比★★建设论坛★★CitiesandTownsConstructioninGuangxi

55跨度（m×m）普通混凝土板普通预应力板预应力空心板混凝土普通钢筋合计混凝土普通钢筋预应力筋合计混凝土普通钢筋预应力筋筒芯合计9×9125.06113.72238.7891.3964.0075.95231.381.7750.775.9569.84278.2612×12168.35170.86339.21120.2579.17120.90320.3291.3972.1594.5581.12339.2115×15221.26229.71450.97149.11104.13159.65412.89110.63101.4116.2586.52414.818×18269.36285.09554.45182.78164.97221.65569.40120.25159.12150.3590.96520.6821×21327.08365.43692.51226.07194.22275.9696.19134.68185.25187.55100.8608.2824×24384.8443.82828.62245.31218.79317.75781.85141.895199.68204.6105.6651.775表3不同结构形式板造价表（元/m2）2009·12条件下，预应力空心板随着高跨比值的增大，空心筒芯的工程量变化不大；混凝土工程量逐渐增大；普通钢筋和预应力钢筋工程量却逐渐减小。由造价结果分析可知，同体积空心率条件下，随着高跨比值增加，即板厚增加则预应力空心板造价降低。同时，同高跨比条件下，随着体积空心率的降低，预应力空心板造价逐渐增加。3典型预应力空心楼盖工程技术经济性讨论目前大型住宅小区及公共建筑中均配有地下停车库，该类地下室工程通常分为人防工程和非人防工程，根据《人民防空地下室设计规范》（GB50038—2005），其人防等级通常为6级和6B级，在荷载计算时分别按照战平结合计算，战时荷载组合起控制作用或平时荷载组合起控制作用进行计算。同时，地下室顶板往往受到覆土作用，板结构荷载大大超过了一般结构，而且结构设计要求比普通工程要严格得多。以往此类板结构大多采用框架梁加实心厚板或直接采用实心板柱结构，但上述两种结构形式在结构性能上存在许多不可避免的先天缺陷。因此，笔者以地下停车工程实际案例为例，讨论空心板结构的应用技术经济性。3.1柱网优化讨论3.1.1案例1分析以普通独立式地下停车库为例，考虑柱网形式的优化。根据停车场的使用要求，传统梁板结构采

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现浇混凝土空心楼盖结构的设计要点分析

现浇混凝土空心楼盖结构的设计要点分析

现浇混凝土空心楼盖结构的设计要点分析

摘要：现浇混凝土空心楼盖是指按照一定规律放置埋入式内模后，接着浇筑混凝土而在楼板中形成空腔的楼盖，埋置在楼盖中用以形成空腔且不取出的筒芯和箱体的总称即埋入式内模。现浇混凝土空心楼盖具有自重轻、地震作用小等优点，适用于跨度较大的公共建筑和住宅建筑。为节约材料、减轻自重及减小地震作用，近年来现浇混凝土空心楼盖的应用逐渐增多。为适应建筑发展的需要，由中国建筑科学研究院主编的《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》CECS175：2004于2004年12月完成，2005年4月1日正式实施。同时，在2011年7月1日正式实施的中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》GB60010-2010中，增加了与现浇混凝土空心楼盖的相关条文。

关键词：现浇；混凝土；空心楼盖；结构设计；要点

引言

现浇混凝土空心楼盖是一种新式楼盖，和传统的相比，空心楼盖在计算方法、受力性能，构造办法及施工工艺等方面都不是很简单。因此，了解现浇混凝土空心楼盖的基本力学性能，选取正确的计算方法，采用合理的构造措施，是现浇混凝土空心楼盖结构设计的重点。

现浇混凝土空心楼盖由于结构自重的变低，柱、墙和基础的荷载变少，所以允许降低构件截面尺寸，减少配筋，节省钢筋和混凝土用量。同时，现浇混凝土空心楼盖自重轻，地震作用小，有利于建筑抗震设计。现浇混凝土空心楼盖的应用，是建设节约型社会的具体实践，为楼盖体系开辟了新的结构形式，其结构设计的探讨具有重要意义。

一、受力特性

根据构件的正截面受弯承载力计算原理，在竖向荷载作用时，截面的抗弯承载力主要要受压区的混凝土和钢筋以及受拉区的钢筋提供，中部混凝土对承载力贡献不大，大量的工程实践和试验研究成果表明：现浇混凝土空心楼盖的受力特点近似于实心楼盖结构，且比实心楼盖更适用于大跨度（7.2m）楼盖和转换层等复杂构造。

二、现浇混凝土空心楼盖设计要点

1.混凝土空心楼盖运用原理

现浇预应力混凝土空心楼盖塑性分析

现浇预应力混凝土空心楼盖塑性分析

低温建筑技术　２０１２年第５期（总第１６７期）　现浇预应力混凝土空心楼盖塑性分析　房树田　，张英　，王通　，仲文昭　（１．黑龙江工程学院土木与建筑工程学院，　哈尔滨１　５０００１；２．黑龙江工商职业技术学院热能　与材料工程学院．哈尔滨１５０００１；３．哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院。　哈尔滨１５０００１）　【摘要】对边支承和柱支承现浇混凝土空心楼盖的塑性分析进行了综述，采用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件对　这两个算例进行了数值模拟，得到了以下结论：采用塑性绞线法对预应力混凝土空心楼盖进行塑性极限分析是合　理的；按弹性方法设计的空心楼盖结构的塑性极限荷载比荷载设计值大很多；应在满足正常使用极限状态下对楼　盖的弯矩设计值进行折减。　【关键词】　现浇混凝土空心楼盖；无粘结预应力；塑性分析；数值模拟　【中图分类号】ＴＵ３１１．４１　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】　１００１—６８６４（２０１２）０５—００３６—０２　现浇预应力混凝土空心楼盖是一种综合了无粘　结预应力混凝土技术和现浇混凝土空心楼盖技术的　新型现浇混凝土楼盖结构，它具有大跨度、大空间、自　重轻、地震作用小等优势，而且性价比较高，同时可以　节约大量的混凝土材料，十分的符合目前我国的节能　减排的长期战略要求，具有巨大的社会经济效益ｎ］。　１　现浇混凝土空心楼盖塑性分析　１．１　边支承现浇混凝土空心楼盖塑性分析　空心楼盖塑性绞线的选取，应主要根据楼板的形　状，楼板的边支承条件和楼板上的荷载类型及分布来　确定　。根据各个板块间弯矩平衡的原则，我们可以　求出各个控制界面的极限抵抗弯矩与楼板的极限荷　载之间的关系。　２Ｍ＋　＋　＋　＋　＋　＝　（３２，一ｚ　）　（１）　当楼板为四边简支的情况时：２Ｍ＋２Ｍｒ：　ｑ１＂ｕｌ２（３ｔ　一Ｚ　）　（２）　当为四边固支时：　＋Ｍｒ：　（３）　式中，　，Ｍ　，肘　，Ｍ　，Ｍ”　，Ｍ”　为该楼板在　，ｙ　方向的截面抵抗弯矩。　从（２）和（３）中可看出，楼盖极限荷载在不同边　界条件下，所得到的结果相差巨大。所以在实际工程设　计时一定要注意边界条件的确定和使用情况。　１．２　柱支承现浇混凝土空心楼盖塑性分析　对于柱支承的现浇混凝土空心楼盖的塑性极限　分析，我们在这里还是采用塑性铰线法对它进行计算。　根据外力做功大小等于内力做功的原理，即板上竖向　荷载做的功等于板内力抵抗弯矩所做的功的值。在塑　性极限平衡下，各种破坏模式的极限荷载见表１。　表１　不同破坏模式的比较　区格　极限荷载ｑ　（当ｃ＝０．１Ｚ）　类型　区格形破坏模式条带形破坏模式局部弯曲破坏模式　

现浇砼空心楼盖结构技术发展及应用

现浇砼空心楼盖结构技术发展及应用

现浇砼空心楼盖结构技术发展及应用

1.引 言

现代建筑发展的多样性,要求传统的结构形式和施工方法不断进步.大跨度砼空心楼盖及预应力空心楼盖通过在板内埋放芯模.按一定的方向进行排列并浇注成形,使原实心楼盖变成空心楼盖.同时获得较大的空心率以减轻结构自重.并结合预应力达到改善受力特性.可代传统的普通钢筋砼梁板结构体系,密肋楼盖体系,预应力梁板结构体系和装配式空心楼盖体系.由于建筑功能日益增强,对结构跨度,柱网开间的要求不断提高,国内在大量的实际工程中得到推广应用.非预应力的楼板适用跨度约8～12M,预应力的楼板适用跨度已达到12～25M.不但满足结构强度,刚度和整体性要求,同时又能降低施工难度.还具有提高隔热,隔声性能的优点.有效的提高建筑使用功能.获得较好的经济性和良好的使用功能.

2.现浇砼空心楼盖结构技术的发展及应用

大跨度砼空心楼盖及预应力空心楼盖在国外自20世纪50年代便有工程应用,不但应用于楼板结构中,还应用在桥梁工程上.在我国则起步较晚.20世纪90年代初在北京开始应用,不过因芯模的制作运输价格以及力学性能等因素的影响没有得到广泛的应用。之后10多年很多厂家针对芯模进行了广泛深入的探索.

从1996年开始在湖南掀起了砼空心楼盖的应用高潮.以长沙为中心，在近10年内,空心楼盖的应用面积达几千万平方米.同时将这股风潮影响到全国.由于砼空心楼盖相关技术标准不规范,于是在2002年,经建设部委托中国建设科学研究院牵头成立编制组.经过两年的努力,编制组进行了系统的实验研究及理论分析.同时收集整理了国内外大量技术资料.分析比较了国内外标准规范的有关方法,进行了设计和施工的工程试点。广泛征求意见，完成了编制工作。于2004年11月通过建设部审查.并于2005年4月公布施行.规程名称为CECS 175:2004。

3．用于现浇砼的芯模种类及各自优势：

国内大致有波纹薄壁钢管,纸管,硬塑管,砼高强复合薄壁管以及GZ高分子合金芯模.这几种芯模都是现浇钢筋砼空心楼盖中不抽芯成孔的埋入式芯模,在现浇空心楼盖的研究应用中起到了非常重要的作用,然而波纹薄壁钢管,纸管和硬塑管在砼空心楼盖的应用当中因价格昂贵问题而没有得到推广.目前,砼高强复合薄壁管和GZ高分子合金芯模具有强度高、韧性好、重量轻、不吸水、采用瓦片子母扣连接和对接连接，可灵活组成各种几何形状的芯模、采用回收废旧塑料作为主要原料，为回收利用垃圾塑料提供了一条有效途径，具有明显的环保效益并易于长途运输等优点。GZ高分子合金芯模因其价格及综合技术优势在全国范围内已得到广泛的应用.

现浇混凝土空心楼盖的优缺点

现浇混凝土空心楼盖的优缺点

现浇混凝土空心楼盖的优缺点

在现代经济社会的大环境下，“低碳环保、经济适用”的呼声越来越成为人们的共同话题，也成为普遍的共识。现浇混凝土空心楼盖技术作为新兴的建筑技术，在现代建筑中已经被广泛应用。现通过对现浇混凝土空心楼盖的综述，结合大量工程实际，从设计与施工两方面着手，就现浇混凝土空心楼盖的优缺点作了系统归纳，为推广空心楼盖的应用奠定了基础。

标签： 现浇混凝土空心楼盖;传统楼盖形式;优缺点

随着国民经济的快速发展，涌现出了许多高层公共建筑、大型超市和大型停车库。而传统结构形式（梁板式、实心平板式结构）已无法更好地满足业主大开间、大进深、大空间和功能灵活多变的要求。现浇混凝土空心楼盖应用技術的出现弥补了传统结构的不足，这种技术具有可有效地减轻楼盖自重，提升房屋的抗震性能，降低工程造价，缩短工期的优点，同时有利于提高净空空间利用率，促进房屋隔音、保温、通风、采光的效果。且其综合造价要比传统结构形式有所降低，抗震性能要优越于传统结构形式。因此，被广大的开发商和业主所青睐。

现浇混凝土空心楼盖技术是按照特定的规则在现浇楼板中放置埋入式芯模，在现场浇筑混凝土楼板中形成内空腔的楼盖，可以认为是在传统的结构形式中将带有预留空洞的薄壁箱体或带弧形面小箱体构件埋入现浇混凝土密肋楼板中，从而达到大量抽空楼板混凝土，使钢筋混凝土楼板自重降低，减少地震力作用，以达到减少梁、柱及基础所承受荷载，减少混凝土和钢筋用量的目的。现浇混凝土空心楼盖可认为是继普通梁板、密肋楼板，无粘结预应力平板后新开发的一种现浇新型楼板结构。

现以现浇混凝土空心楼盖为例，简述其在设计和施工两个方面与传统楼盖形式相比存在的优缺点。

一、设计中

在设计中，一般使用的箱体为500mmX500mm（长X宽），箱体与箱体之间有不小于60mm的肋，上下有不小于50mm的翼缘，从而可简化为工形截面梁进行计算。当荷载较小时也可采用无下翼缘混凝土结构形式，其简化形式为T形。无论采用哪种形式，其计算受压高度均不宜大于上翼缘混凝土高度。