现浇混凝土空心板的发展及其设计理论

现浇混凝土空心板的发展及其设计理论

张海云,于洪玫

张海云；于洪玫（吉林省石油化工设计研究院，长春130021）

摘要：本文介绍了现浇混凝土空心板的产生及发展过程，总结了国内外的研究概况，给出了空心板内力的表达式，并介绍了几种常见的空心板设计理论。

关键词：现浇空心板；内力；设计理论

中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0104-01

0引言

随着社会生产力的发展，人们的物质需求也在不断的提高。在建筑领域中，人们对具有大柱网、大空间、可自由分隔、布置灵活的建筑产生浓厚兴趣。此外，建筑功能日益复杂化的趋势也促进大跨度、大空间结构形式的发展。在当前采用的大跨度结构形式当中，现浇混凝土无梁空心楼板体系是继普通梁板、密肋楼板、无粘结预应力平板后出现的一种新型结构体系，目前已经越来越多地应用于实际工程。

1现浇混凝土空心板的产生及发展

国外自20世纪30年代就已出现混凝土预制空心板，并在实际工程中得到应用。虽然这种楼盖具有节约混凝土、生产化高、质量稳定等优点，但其整体性差、抗震性能不好、建筑布置不灵活、开洞困难、使用功能受限。

随着人们物质需求的不断提高和建筑功能要求的复杂化，预制空心板已难以适应抗震设计与建筑市场的需要，在实际工程中也已逐渐退出应用行列。现浇混凝土空心无梁楼盖改善了预制单向空心板的缺点，发展了其优点受到行业的广泛关注，并在实际工程中得到了大量的应用。

空心板是由井式板演变而来的，它起源于德国，由前联邦德国工程师MULLER·Leopold首先提出，当时被称为“B-Z体系”，源自德文的蜂巢式混凝土空心楼板。之后，G.Franz教授对这种板进行了试验研究，提出了在静力荷载作用下可采用刚度等效的实心无梁楼盖的计算方法[1]。

进入20世纪90年代，我国的工程师提出了采用轻质高强的空心薄壁内膜作为空心板的成孔内膜，从而降低了现浇空心板的施工难度，为空心板的大范围应用开辟了广阔的空间。国内学者在空心板的研究方面也取得了一些初步成绩。

比如，山东工业大学王有志等进行了9块四边简支空心板在集中荷载作用下的变形试验，并在裂缝及挠度方面也做了探讨[2]。东南大学的研究对空心板采用模型试验及有限元分析对其应力-应变关系、荷载-挠度关系、空心板刚度分析等给出了相应的探讨和结论。另外，武汉理工大学进行了设计弯矩分析，贵州大学空间结构研究所科研小组提出了有别于“GBF技术”的“CA-CSP技术空心大板楼盖”通过包括上述研究在内的相关研究可以得到如下结论：空心楼板虽利用内膜成孔，但板在两个方向上的刚度相差并不是很大，按照国内规程布置的空心板刚度几乎在5％以下；空心楼板在竖向荷载作用下仍是双向受弯状态，板的受力状态并没有发生根本的变化。

2现浇混凝土空心板的内力

国家技术规程规定对现浇混凝土空心板的内力分析可以按照刚度等效的实心板进行。可知，其弯曲问题属于小挠度问题的弯曲，其内力也与实心板的内力计算方法相同。

记板的厚度h，则沿着薄板的厚度应力分量σx、σy、τxy的最大值发生在薄板的上、下表面；τxz和τyz的最大值发生在中面；σz的最大值发生在板的上表面。它们的最大值如下：

3现浇混凝土空心板的设计理论

现浇空心板自产生时起，就提出了按刚度等效的实心无梁楼盖的计算方法。近年来随着国内外对空心板研究的不断深入，在设计方法方面相继提出了一些能够满足工程精度要求的近似算法，其思路主要是将板转化成某种形式的实心板。但不管是哪种方法对现浇钢筋混凝土空心楼盖的设计计算理论还处于初步探索阶段，当前混凝土空心板的计算方法大致可归结为以下几种：

①等代网格梁法

根据管的布置方向，将板垂直管方向横截面简化为I形截面，顺管方向横截面简化为空腹梁，分别计算两个方向单位宽度空心板截面刚度，按横截面抗弯惯性矩等效转化为等高度的梁，按交叉网格梁系进行空间内力分析，双向分别按梁进行计算配筋。

②模拟空间网架有限元分析法

将空心板模拟成空间网架，划分为杆系有限元。上、下翼缘区混凝土为上、下弦杆，腹杆区即管间混凝土为剪力键，楼板可按空间网架模型进行有限元分析。

③I形截面厚板法

当混凝土受压区高度在翼缘厚度以内时，假定空心板纵横向单位宽度板条抗弯线刚度相同，采用弹性薄板理论，按照与实心板类似方法，查表或进行平板有限元分析。

④等效框架法、经验系数法

把整个结构分别沿纵、横柱列两个方向划分，并将其视为纵向等效框架和横向等效框架，分别进行计算分析。多层结构采用分层法简化。总弯矩在支座及跨中按照经验系数分别分配给柱上板带和跨中板带，空心区域仍采用等效I形截面进行内力及配筋计算。

4结论

通过对现浇空心板发展的总结，明确了现浇空心板的理论仍处于待完善阶段，关于其两个方向刚度的差异性有待探讨；对其内力可按照薄板的小挠度弯曲问题进行分析，其设计方法包括：等代网格梁法、模拟空间网架有限元分析法、I形截面厚板法、等效框架法、经验系数法，以上几种方法均可应用到空心板的设计当中。

参考文献：

[1]高仲学，程文攘.现浇混凝土无柱帽空心无梁楼盖的设计与施工[J].种结构，2002，19（2）.

[2]王有志，薛挺金宏，薛云互.钢筋混凝土空心板变形性能研究[J].山东建学院学报，1994（2）.