城市多层大跨度空腹夹层板结构施工技术研究

陈先平

阳江市源丰建设工程有限公司东莞分公司  广东  523000

摘要：空腹夹层板结构优势明显，适合多层大跨度的建筑施工。本文以S市某体育馆项目为例，分析大跨度空腹夹层板结构的构造，研究施工中的支撑体系和浇筑方法，对支撑体系轴力和顶板变形进行监测。研究表明，钢板-混凝土空腹夹层板结构，通过钢板、上肋、下肋和剪力键共同受力，结构合理，满足大跨度结构要求；满堂支撑架体系的最大轴力值小于许用值，整个施工过程安全可靠；施工中采用两次浇筑成型法，监测顶板的最大变形量为9.7mm，符合设计要求和施工质量控制标准。

关键词：空腹夹层板；多层大跨度；满堂支撑；两次浇筑成型法

0 引言

大跨度空腹夹层板结构是一种新型、无预应力的大跨度结构体系，由上、下两层带肋钢筋混凝土板组成[1~2]，用钢筋混凝土剪力键在井字格交叉处将其连接成一个整体，又称为剪力键式双向空心结构[3]。大跨度空腹夹层结构由钢板和钢筋混凝土共同承担楼层的载荷，能够充分利用钢材和混凝土的各自优势[4~5]，具有自重轻，节省材料，抗震性能好的特点，能够提高楼层结构的利用空间，而且施工周期短，外观平整美观，通透感强，可为设备及相关管道的铺设预留通道，在多层大跨度建筑结构中具有明显的优势，经济效果显著[6~8]。本文以S市某体育场馆项目为研究对象，分析大跨度空腹夹层板结构的构造，研究施工中的支撑体系和浇筑方法等关键技术，对支撑体系轴力和顶板变形进行监测分析，为同类型工程项目提供参考。

1 工程概况

S市某体育馆，建筑平面长104.5m，宽46.5m，共四层。其中地下一层是篮球训练馆，层高8.5m，地上一层为篮球比赛馆，层高9.5m，地上二层为排球训练馆，层高8.5m，地上三层用作羽毛球训练，层高7.5m。地下室顶板为预应力混凝土结构，地上1~3层结构体系为大跨度框架，顶板采用空腹夹层板，采用新型钢板-混凝土组合结构，为正交正放空腹夹层板。空腹夹层楼板高度为0.8m，其中薄板的厚度为0.2m，最大跨度23.4m，平面结构如下图1所示。空腹夹层板结构混凝土分两次浇筑，第一次为C40，第二次为C45。建筑结构的安全等级为二级，结构重要系数为1.1，设计使用年限为50年，拟建场地地震基本烈度为6度，抗震设防烈度为6度。

图1 地上1~3层平面结构图

2钢板-混凝土空腹夹层构造

钢板-混凝土组合结构，为正交正放空腹夹层板，钢板与钢筋混凝土共同承受使用荷载，梁网格尺寸取为2.5m×2.45m，空腹框架梁高为0.8mm，其中上下肋截面均为H300×350×16×21，空腹高度为0.2m。空腹框架梁柱节点及剪力和弯矩较大处仍采用实腹梁。梁柱节点设置了钢斜撑，以减小梁跨度、减小弯矩。剪力键采用截面为400×400×14的方形钢管。网格交叉处的梁高为0.7m，其中上、下肋为HW200×200的型钢。在节点处，钢板的底板通过高强螺栓进行连接，节点内侧的钢板采用焊接方式连接。螺栓强度等级为10.9级，采用固定方式布置。钢结构空腹夹层板构造如下图2所示。剪力键节点构造如下图3所示。

图2 钢结构空腹夹层板构造

图3 剪力键节点构造

3多层大跨度空腹夹层板支撑体系

体育馆的模板支撑体系采用满堂支撑架，钢管采用Q245B，外径48mm，壁厚3mm。考虑安全系数后，抗压强度设计值为220N/mm2，轴向压力许用值为48.2kN。支撑体系的参数如下表1所示。夹层板上、下肋支撑方案如下图4所示，剪力键支撑方案如下图5所示。

表1支撑参数

位置	参数
梁跨度方向立柱间距	450mm
梁两侧立柱到梁边间	350mm
水平杆步距	1500mm
新浇混凝土楼板立柱间距	850mm

图4 上下肋支撑方案

图5 剪力键支撑方案

4 多层大跨度空腹夹层板浇筑方法

空腹夹层板的浇筑采用两次浇筑成型法，先将所有钢筋及模板搭设完毕，第一次砼浇筑下肋及剪力键与实腹梁至下肋顶部平面，应浇筑完下肋和剪力键至上肋底面部分的混凝土，在此次浇筑过程中，先浇筑肋梁，肋梁、板应同时浇筑，根据梁的高度实行分层浇筑，当达到板底位置时再与板的混凝土一起浇筑，随着阶梯形不断延伸，梁板混凝土连续向前浇筑。实腹梁混凝土应浇筑至下肋顶部平面，以保证下肋所处平面的整体性，保证施工质量；第二次浇筑上肋、薄板与实腹梁剩余部分混凝土，浇筑薄板混凝土时不允许用振捣棒铺摊混凝土。两次浇筑成型法保证了空腹夹层板结构的整体性，浇筑方式如下图6所示。

图6 两次浇制成型示意图

5多层大跨度空腹夹层板施工监测

为了保证施工安全和施工质量，对支撑体系的轴力和梁板变形进行了监测。支撑体系架设完毕的时间节点作为为第一次监测，以后每天监测一次，浇筑完毕后，每两天监测一次。监测数据表明，每层的中心处为支撑体系轴力最大处，同时也是楼板变形最大的位置。1、2、3层顶板跨度中心处的支撑轴力数据如下表2所示，轴力随着监测阶段的变化趋势如图7所示。

表2 轴力/kN

监测阶段	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1层顶板中心	21.63	29.31	35.86	39.92	44.13	40.41	39.24	36.51	35.32	34.28
2层顶板中心	22.97	24.21	30.35	36.17	37.55	36.53	34.37	33.54	32.11	31.24
3层顶板中心	21.46	22.06	23.17	25.75	27.38	26.14	25.23	24.36	22.45	22.37

图7 轴力变化趋势图

由表2数据和图7可知，1、2、3层顶板中心处的初始支撑轴力数值相差不大。一层顶板施工过程中出现的最大轴力为44.13kN，此时为第二层楼板浇筑施工时期，载荷较大。同理，二层楼板的最大轴力为37.55kN，此时为第三层楼板浇筑施工。第三层的支撑轴力最大为27.38kN，发生在自身的浇筑施工时。各层出现的最大轴力均小于支撑体系的许用值48.2kN，整个施工过程安全可控。各层的轴力在施工结束后，均趋向稳定。最末一期的监测数据表明一层楼顶的轴力仍然最大，因为此时支撑体系尚且分担部分二层支撑体系的载荷。

1、2、3层顶板跨度中心处的变形量数据如下表3所示，变形量随着监测阶段的变化趋势如图8所示。

表3 变形量/mm

监测阶段	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1层顶板中心	0	2.6	4.9	5.8	6.7	7.1	8.1	8.5	9.2	9.3
2层顶板中心	0	2.9	3.4	4.9	6.5	8.9	9.2	9.5	9.6	9.7
3层顶板中心	0	2.2	3.5	4.7	6.4	8.3	8.5	8.7	8.9	9.1

图8 变形量变化趋势图

由表3数据和图8可知，1、2、3层顶板跨度中心处的变形量的变化趋势相同，随着时间推移，逐渐增大，在后期阶段变形量累计减缓，趋于稳定。一层顶板的最大变形量为9.3mm，二层顶板的最大变形量为9.7mm，三层顶板的最大变形量为9.1mm，均小于10mm，满足质量控制要求。

6结语

以S市某体育馆项目为例，分析大跨度空腹夹层板结构的构造，研究施工中的支撑体系和浇筑方法等关键施工技术，分析了支撑体系轴力监测数据和顶板变形监测数据，得到如下结论：

（1）钢板-混凝土空腹夹层板结构，通过钢板、上肋、剪力键和下肋的共同受力，结构合理，满足大跨度结构要求。

（2）施工中采用满堂支撑架体系，支撑轴力最大值为44.13kN，小于许用值48.2kN，整个施工过程安全可靠。

（3）空腹夹层板采用两次浇筑成型法，三个楼顶板的最大变形量为9.7mm，小于10mm，符合设计要求和施工质量控制标准。

参考文献

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[3]孙凤娇.大跨度空腹夹层板混凝土浇筑施工方法分析及应用[J].河北水利电力学院学报,2020,30(2):64-67.

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[7]董兴平.基于工程实例的钢筋混凝土空腹夹层板楼盖内力特点研究[J].建筑工程技术与设计,2021(7):2304-2305.

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作者简介：陈先平（1975.10.10-）、男、广东阳江人、汉族、专科学历、工程师、从事建筑施工工作。