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鋼筋桁架樓承板技術(shù)性能與工程應用

一、概述

  鋼筋桁架樓承板是將樓板中的受力鋼筋在工廠內(nèi)焊接成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與鍍鋅鋼板焊接成整體，形成模板和受力鋼筋一體化建筑制品。鋼筋桁架樓承板是在施工階段能夠承受濕混凝土及施工荷載，在使用階段鋼筋桁架成為混凝土配筋，承受使用荷載的新技術(shù)。

采用鋼筋桁架樓承板的混凝土樓板兼有傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土樓板整體性好、剛度大、防火性能好，及壓型鋼板組合樓蓋無模板、施工快的優(yōu)勢，鋼筋桁架樓承板桁架受力模式合理，可調(diào)整桁架高度與鋼筋直徑,實現(xiàn)更大跨度。采用鋼筋桁架樓承板的鋼-混凝土組合樓蓋，可減少次梁，抗剪栓釘焊接速度快，施工質(zhì)量穩(wěn)定。作為一種成熟的新技術(shù)，鋼筋桁架樓承板已在國內(nèi)外建筑工程中大量應用，在多高層建筑中具有廣闊的應用前景。

鋼筋桁架樓承板將混凝土樓板中的鋼筋與施工模板組合為一體，所以在施工階段能夠承受濕混凝土自重及施工荷載的承重構(gòu)件，并且該構(gòu)件在施工階段可作為鋼梁的側(cè)向支撐使用。在使用階段，鋼筋桁架與混凝土共同工作，共同承受使用荷載。與傳統(tǒng)的施工方法不同，在施工現(xiàn)場，可以將鋼筋桁架樓承板直接鋪設在梁上，然后進行簡單的鋼筋工程，便可澆筑混凝土，樓板施工不需要架設木模板及腳手架，底部鍍鋅鋼板僅做模板用，不替代受力鋼筋，故不需考慮防火噴涂及防腐維護的問題，可采用最薄的鋼板。并且，樓板的主要受力鋼筋在自動控制生產(chǎn)線上進行定位和焊接成型，鋼筋排列均勻，位置準確，施工快速，可減少現(xiàn)場鋼筋綁扎工作量70%左右，大大縮短工期，并節(jié)省成本。上下兩層鋼筋間距及混凝土保護層厚度能充分得到保證，為提高樓板施工質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件。鋼筋桁架樓承板將鋼筋骨焊成整體，整體剛度大，樓板澆筑混凝土時變形小，一般無需加臨時支撐，而且可承受更大的施工階段荷載。

二、鋼筋桁架樓承板的經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢

（1）施工速度快

  鋼筋桁架樓承板直接支承在鋼梁或混凝土梁上，本身既是混凝土樓板的受力鋼筋，也是施工腳手架更是混凝土樓板的模板，節(jié)省了搭設腳手架和支模板的時間。

鋼筋桁架樓承板實現(xiàn)了在工廠鋼筋下料、定位成型和定尺，鋼筋廢料少，有利于環(huán)保，樓板的施工現(xiàn)場只需布置橫向分布筋和連接筋，鋼筋綁扎工作量可減60～70%，提高整體施工速度。

鋼筋桁架樓承板直接支承在樓層梁上，其桁架合理的受力模式,為多工種作業(yè)提供了寬敞的安全工作平臺，澆筑混凝土及其它工種均可多層立體施工，樓板可多層同時澆筑，可充分發(fā)揮商品混凝土的優(yōu)勢，大大縮短了工期，尤其對規(guī)模較大的高層、超高層建筑具有明顯的工期優(yōu)勢。

（2）受力性能好

  混凝土樓板的自重完全由鋼筋承受，不在混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應力，使用階段負彎矩區(qū)和正彎矩區(qū)混凝土拉應力顯著降低，裂縫寬度減小，鍍鋅鋼板的存在避免了樓板下面的暴露裂縫，改善了樓板的使用性能和耐久性。

采用鋼筋桁架樓承板后可根據(jù)需要將樓板設計成雙向板，等同于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土雙向配筋樓板，而壓型鋼板組合樓板是難以實現(xiàn)雙向板的，采用雙向板不僅減小樓板結(jié)構(gòu)層厚度、降低結(jié)構(gòu)自重，增大跨度和開間，而且更加經(jīng)濟合理。

鋼筋完全被混凝土包裹，具有可靠的耐火性能，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆樓板等同。試驗結(jié)果標明，樓板厚度為100mm厚（對應的鋼筋桁架高度為70mm）時，耐火時限為1.68小時，鍍鋅鋼板無須防火保護。

鋼筋桁架樓承板采用鍍鋅鋼板，具有防腐蝕功能，但在使用階段不考慮鍍鋅鋼板的作用，無需防腐處理。相對于壓型鋼板組合樓板，鋼筋桁架樓層板具有更優(yōu)越防腐蝕性能。

樓板整體剛度大，振動小，隔聲性能好，樓板下表面平整，易于建筑裝修。鋼筋桁架樓承板樓板的施工撓度小于傳統(tǒng)壓型鋼板樓板的撓度。

（3）經(jīng)濟性好

  鋼筋桁架樓承板下表面平整美觀，無需型壓板肋和波紋，鍍鋅板展開面積利用率達到96%，厚度僅需0.5mm。與厚度為0.8～1.2mm的普通壓型鋼板相比，改變了壓型鋼板的用途,僅作為樓板施工階段的摸板,減少了鋼板厚度和鍍鋅層厚度，單位面積樓板鋼板用量少，降低了成本，具有更好的經(jīng)濟性。

鋼筋桁架樓承板的樓板比使用普通壓型鋼板的混凝土樓板總厚度可減少30mm～50mm，在相同凈空要求的情況下，建筑層高可降低30mm～50mm。對高層建筑與抗震設防區(qū)的建筑更有明顯的節(jié)省投資優(yōu)勢。

鍍鋅鋼板僅0.5mm厚，現(xiàn)場栓釘穿透焊接耗電量大量減少，減小現(xiàn)場對電的需求，節(jié)省能源。樓板混凝土施工完畢并達到設計強度后，鍍鋅鋼板可拆除回收利用，不僅可滿足結(jié)構(gòu)樓板底面觀感的需要，又有利于環(huán)保。

鋼筋桁架樓承板與壓型鋼板板材、線材耗量比

（一）閉口型鋼板與鋼筋桁架樓承板板材耗量及單價比　

壓型鋼板板型寬度（mm）展開寬度（mm）壓型鋼板板材厚度（mm）壓型鋼板單位重量（kg/m2）壓型鋼板單價（元/M2）鋼筋桁架樓承板板材單位重量S=0.5mm(kg/m2)鋼筋桁架樓承板板材單價（元/m2）耗板材重量比%壓型板與桁架樓承板單價比% 

 YX13 50-200-60060010000.759.8161.71420.24245305 

0.911.7774420.24294366 

113.0879420.24329390 

1.215.798.75420.24393488 

YX13 65-185-55555510800.7511.5576.65420.24289378 

0.913.786.18420.24346426 

115.396.24420.24383475 

1.218.5116.4420.24463575 

注：1:壓型鋼板用鍍鋅板雙面鍍鋅量為275g/m2。

2:壓型鋼板用鍍鋅板s=0.75--1.20mm,市場均價5205元/噸。

3:設計壓型鋼板無需維修年限23年。

4:鋼筋桁架鍍鋅板雙面鍍鋅量為120g/m2。

5:鋼筋桁架鍍鋅板s=0.5mm,市場均價4600/噸。

6:因鋼筋桁架樓承板所形成的混凝土板與現(xiàn)澆混凝土板技術(shù)特性相同，因此不許考慮鍍鋅板使用年限。 

（二）閉口壓型鋼板與鋼筋桁架板板材耗量及單價比

壓型鋼板板型寬度（mm）展開寬度（mm）壓型鋼板板材厚度（mm）壓型鋼板單位重量（kg/m2）壓型鋼板單價（元/M2）鋼筋桁架樓承板板材單位重量S=0.5mm(kg/m2)鋼筋桁架樓承板板材單價（元/m2）耗板材重量比%壓型板與桁架樓承板單價比% 

 YX76-344-68834410000.89.1354420.24228269 

0.910.2961420.24257301 

111.4165420.24285321 

1.213.6981.16420.24352401 

YX51-250-75025010000.88.6952.58420.24221260 

0.99.4255.84420.24236278 

110.4962.09420.24262309 

1.212.5674.46420.24314368 

注：1:壓型鋼板用鍍鋅板雙年鍍鋅量為275g/m2。

2:壓型鋼板用鍍鋅板s=0.75--1.20mm,市場均價5205元/噸。

3:設計壓型鋼板無需維修年限23年。

4:鋼筋桁架鍍鋅板雙面鍍鋅量為120g/m2。

5:鋼筋桁架鍍鋅板s=0.5mm,市場均價4600/噸。

6:因鋼筋桁架樓承板所形成的混凝土板與現(xiàn)澆混凝土板技術(shù)特性相同，因此不許考慮鍍鋅板使用年限。 

 （三）閉口壓型鋼板與鋼筋桁架樓承板耗線材量對比用單價比

壓型鋼板板型壓型鋼板厚度(mm)壓型鋼板樓承板線材耗量(kg/㎡)壓型鋼板樓承板線材單價(元/㎡)壓型鋼板樓承板型號鋼筋桁架樓承板線材耗量(kg/㎡)壓板與桁板線材耗量比%桁架樓承板線材單價(元/㎡)壓板與桁板線材單價比%允許使用荷載 (KN/㎡)備注

YX76-344-6880.905.21320.33LHA3-7010.9947.4443.9646.252.0　

0.905.26520.54LHA3-8011.1047.4344.4046.262.5　

0.905.31820.74LHA3-9011.3246.9845.2845.813.0　

0.906.07023.68LHA3-10011.5452.6046.1651.303.5　

0.906.13123.91LHA3-11011.7853.6047.1250.744.0　

0.906.22024.26LHA3-12011.9052.2747.6050.974.5　

YX51-250-7501.005.21320.33LHA3-7010.9947.4343.9646.252.0　

1.005.26520.54LHA3-8011.1046.8944.4046.262.5　

1.005.31820.74LHA3-9011.3246.9845.2845.813.0　

1.006.07023.68LHA3-10011.5452.6046.1651.303.5　

1.006.13123.91LHA3-11011.7852.0547.1250.744.0　

1.006.22024.26LHA3-12011.9052.2647.6050.094.5　

注：技術(shù)條件：

一、工程概況：1、次梁間距3.0m連續(xù)梁。

2、樓板厚度：100mm110mm120mm130mm140mm150mm 　

3、混凝土C30

二、荷載情況：1、施工階段：1)濕混凝土重量：2.5kN/㎡2.75kN/㎡3.00KN/㎡3.25KN/㎡3.50KN/㎡3.75KN/㎡ 　

2)施工荷載：1.5/㎡

2、使用階段：1)樓板：2.5KN/㎡2.75kN/㎡3.00KN/㎡3.25KN/㎡3.50KN/㎡3.75KN/㎡ 　

2)面層1KN/㎡ 　

3)吊頂0.3KN/㎡ 　

4)樓面活荷載：2.0KN/㎡2.5kN/㎡3.00KN/㎡3.5KN/㎡4.00KN/㎡4.5KN/㎡ 　

三、材料： 

1、HRB-335市場單價3900元/噸

2、HRB-400市場單價4000元/噸

（四）開口壓型鋼板與鋼筋桁架樓承板線材耗量及單價比

壓型鋼板板型壓型鋼板厚度(mm)壓型鋼板樓承板線材耗量(kg/㎡)壓型鋼板樓承板線材單價(元/㎡)壓型鋼板樓承板型號鋼筋桁架樓承板線材耗量(kg/㎡)壓板與桁板線材耗量比%桁架樓承板線材單價(元/㎡)壓板與桁板線材單價比%允許使用荷載 (KN/㎡)

YX76-344-6880.805.4721.34LHA3-7010.9949.7743.9648.552.0

0.805.5821.76LHA3-8011.1050.2744.4049.012.5

0.805.6922.20LHA3-9011.3250.2745.2849.033.0

0.806.3024.57LHA3-10011.5454.5946.1653.233.5

0.806.4525.16LHA3-11011.7854.7547.1253.404.0

0.806.5825.67LHA3-12011.9055.2947.6053.934.5

YX51-250-7501.005.4721.34LHA3-7010.9949.7743.9648.552.0

1.005.5821.76LHA3-8011.1050.2744.4049.012.5

1.005.6922.20LHA3-9011.3250.2745.2849.033.0

1.006.3324.57LHA3-10011.5454.5946.1653.333.5

1.006.4525.16LHA3-11011.7854.7547.1253.404.0

1.006.5825.67LHA3-12011.9055.2947.6053.934.5

注：技術(shù)條件：

一、工程概況：1、次梁間距3.0m連續(xù)梁。

2、樓板厚度：100mm110mm120mm130mm140mm150mm　　

3、混凝土C30　

二、荷載情況：1、施工階段：1)濕混凝土重量：2.5kN/㎡2.75kN/㎡3.00KN/㎡3.25KN/㎡3.50KN/㎡3.75KN/㎡　

2)施工荷載：1.5/㎡

2、使用階段：1)樓板：　2.5KN/㎡2.75kN/㎡3.00KN/㎡3.25KN/㎡3.50KN/㎡3.75KN/㎡　

2)面層1KN/㎡　　　　　　

3)吊頂0.3KN/㎡　　　　　　

4)樓面活荷載：2.0KN/㎡　2.5kN/㎡3.00KN/㎡3.5KN/㎡4.00KN/㎡4.5KN/㎡　

三、材料： 1、HRB-335市場單價3900元/噸

2、HRB-400市場單價4000元/噸

（4）樓板施工質(zhì)量高

樓板受力鋼筋是在工廠下料加工，材料質(zhì)量容易保證，受力鋼筋自動機械化加工和焊接定位，間距排列均勻，上下層鋼筋位置固定準確，鋼筋不會在澆筑混凝土過程中移位，上下層鋼筋混凝土保護層厚度能保證符合設計要求。有效地解決了混凝土漏漿現(xiàn)象的發(fā)生。

鋼筋桁架樓承板重量輕，搬運、堆放及安裝都非常方便，不僅節(jié)省了大量勞動力，改善了工人施工條件，提高了工程質(zhì)量，實現(xiàn)文明施工。

先進的產(chǎn)品制造方法,明顯的綜合了造價優(yōu)勢,將會使鋼筋桁架樓承板技術(shù)得到更加廣泛的應用。

三、鋼筋桁架樓承板與壓型鋼板的技術(shù)性能比較

（1）鋼板利用率比較

板型肋高（mm）有效寬度（mm）展開寬度（mm）利用率（％）

閉口壓型鋼板14055598056.6

閉口壓型鋼板265555123074

開口壓型鋼板151915123074

開口壓型鋼板276915128071

縮口壓型鋼板51590102557

鋼筋桁架樓承板256660893

（2）鋼材特性比較

板型板材鍍層屈服強度

閉口壓型鋼板鍍鋁鋅板雙面鍍鋁鋅275～300g/m2≥345MPa

開口壓型鋼板鍍鋅板雙面鍍鋅275g/m2≥300MPa

縮口壓型鋼板鍍鋅板雙面鍍鋅275g/m2≥550MPa

鋼筋桁架樓承板鍍鋅板雙面鍍鋅≥120g/m2≥235MPa

（3）樓板受力性能比較

板型施工模板施工階段承載使用階段承載鋼筋

普通壓型鋼板鍍鋅鋼板壓型鋼板另配鋼筋

組合壓型鋼板鍍鋅或鍍鋁鋅鋼板壓型鋼板壓型鋼板等效部分受拉鋼筋

鋼筋桁架樓承板鍍鋅鋼板鋼筋桁架鋼筋桁架

（4）抗火性能比較

在樓板耐火1.5小時及免防火涂料的要求下的最小樓板厚度，采用閉口壓型鋼板時≥110mm，采用開口壓型鋼板1時≥130mm，采用開口壓型鋼板2時≥150mm，采用縮口壓型鋼板≥110mm，采用鋼筋桁架樓承板時≥100mm（100mm厚時耐火1.68小時）。

對于施工階段作模板、使用階段作受力鋼筋的壓型鋼板組合樓板，例如閉口壓型鋼板、開口壓型鋼板、縮口壓型鋼板，當鋼－砼組合樓板過火后，由于過火時間、組合樓板抗火性能的不同，組合樓板會發(fā)生不同程度的變形及損壞，因此需要對此鋼－砼組合樓板進行過火后修復。需要考慮以下兩個方面的問題：?過火后組合樓板有效承載面積是否有變化，組合樓板的強度及延性是否有變化，承載力能否滿足樓板使用要求；?抗腐蝕作用的鍍層受到破壞后，鋼樓承板的防腐蝕年限問題如何解決。

而對于樓板中使用鋼筋桁架樓承板，樓板過火后的修復等同于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，而傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板在抗火修復的問題上 處理起來比較有經(jīng)驗而且不存在防腐鍍層破壞的問題。

（5）防腐性能比較

采用開口壓型鋼板、縮口壓型鋼板，按照英國標準一般熱浸鍍鋅板在雙面度量275g/m2、室內(nèi)、干燥的條件下，首度需要防護的時間為22.5年。采用鋼筋桁架樓承板時，鍍鋅板僅作施工階段模板用，使用階段不受力，可不考慮防腐問題

（6）按雙向受力樓板設計比較

鋼筋桁架樓承板由于下表面平整，在不增加樓板結(jié)構(gòu)層厚度的情況下，樓板可以比較方便地施工下層分布鋼筋，而其它壓型鋼板樓承板，如開口壓型鋼板、縮口壓型鋼板，要作雙向樓板，則必須犧牲壓型鋼板的肋高，從而增加了樓板結(jié)構(gòu)層的總厚度，導致建筑凈高、結(jié)構(gòu)自重、造價等方面受到不利影響。

鋼筋桁架混凝土樓板按雙向板計算時與普通現(xiàn)澆混凝土設計理論等同，而其鋼筋桁架受力模式更為合理，能提供更大的剛度，且雙向剛度一致。

目前，多高層鋼結(jié)構(gòu)建筑樓板一般采用帶一定肋高的壓型鋼板—混凝土組合樓板，這種樓板有樓板總厚度大、使建筑物室內(nèi)凈高減小、樓板下表面不平整、鋼筋綁扎繁瑣，鋼筋間距及混凝土保護層厚度不好控制、防腐耐火及不能做成雙向板等方面的不足。

四、鋼筋桁架樓承板的應用前景

為充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)施工周期短的優(yōu)點，多高層鋼結(jié)構(gòu)樓板一般采用肋高51mm和76mm，板厚0.8～1.2mm的閉口式或開口式壓型鋼板的組合和非組合樓板。壓型鋼板組合樓板省去了支模腳手架，加快了樓板施工的速度。但由于壓型鋼板本身的材料和截面特性，做為鋼結(jié)構(gòu)配套產(chǎn)品也存在以下不足之處：綜合造價偏高；樓板厚度比現(xiàn)澆混凝土樓板厚20～50mm，使得建筑樓層凈高降低；其下表面不平整；抗火與防腐性能有待研究探討；樓板的雙向剛度不同，對傳遞水平力有一定的影響；現(xiàn)場有較大的鋼筋綁扎工作量，且支座處上部負筋位置不易保證準確；壓型鋼板的肋高對管線布置和冬季施工中添加劑的影響。

鋼筋桁架樓承板是將現(xiàn)澆混凝土樓板中的上、下層縱向鋼筋，與彎折成形的小直徑腹筋焊接，組成具有一定剛度且能夠承受荷載的小桁架，再將該小桁架的彎腳與肋高僅2mm，板厚為0.4～0.6mm的壓型鋼板焊接。所有這些加工操作均是在工廠內(nèi)利用自動化生產(chǎn)線完成的。

鋼筋桁架樓承板在施工階段，將底下的壓型鋼板相互扣接，以托住混凝土，由鋼筋桁架提供強度和剛度；在使用階段，鋼筋桁架就是混凝土樓板的配筋，以承受使用荷載。因此，它具有壓型鋼板組合或非組合樓板的施工速度快的優(yōu)勢，又具有現(xiàn)澆整體剛度大，抗震性能好的優(yōu)點。采用鋼筋桁架樓承板時樓板厚度100～200mm，施工階段無支撐跨度3～5m，傳統(tǒng)壓型鋼板樓板厚度110mm以上，施工階段無支撐跨度2.5~3.5m。采用鋼筋桁架樓承板明顯優(yōu)于現(xiàn)澆板和壓型鋼板，最大無支撐樓板跨度可做到5.4m。

五、鋼筋桁架樓承板的設計

1、鋼筋桁架樓承板選材

鋼筋：鋼筋桁架模板上下弦鋼筋采用成盤供應的熱軋鋼筋HPB235、HRB400或冷軋帶肋鋼筋550級；腹桿采用成盤供應的冷軋光圓鋼筋550級或650級；桁架支座鋼筋用熱軋鋼筋HPB235或HRB335。

鍍鋅鋼板：采用0.5mm厚，雙面鍍鋅量為120~180g/mm2的鍍鋅鋼板。對于壓型鋼板的鍍鋅量，太低了起不到防腐作用，太高了又容易和混凝土發(fā)生化學反應，根據(jù)美國ASCE標準，其對組合樓板用壓型鋼板鍍鋅量要求為275--300g/m2。對于非組合樓板，因鋼板不參與結(jié)構(gòu)受力，鋼板防腐要求可比組合樓板有所降低。

2、鋼筋桁架樓承板計算

鋼筋桁架樓承板從澆筑混凝土到達到設計強度過程中，樓板受力明顯不同，所以應進行施工及使用兩階段計算。

（1）施工階段計算

在施工階段鋼筋桁架承擔該階段全部施工活荷載和混凝土自重，當施工階段設有可靠臨時支撐時，設計時無需進行施工階段驗算；當施工階段不設臨時支撐時，采用桁架模型計算，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB 50017）》有關(guān)規(guī)定計算。承載能力極限狀態(tài)按荷載效應基本組合，重要性系數(shù)取0.9。撓度采用荷載的標準效應組合計算。

施工階段荷載包括鋼筋桁架模板自重、濕混凝土重量以及施工荷載。施工荷載采用均布荷載為1.5kN/m2和跨中集中荷載沿板寬為2.5kN/m中較不利者，不考慮二者同時作用。

施工階段應計算上下弦鋼筋強度和受壓弦鋼筋及腹筋穩(wěn)定性。內(nèi)容包括上下弦桿強度驗算、受壓弦桿和腹桿穩(wěn)定性驗算以及桁架撓度驗算。混凝土達到設計強度后，樓板上承受的施工荷載大于使用荷載、樓板無臨時支撐時，應參照使用階段計算方法驗算樓板的強度和變形。

施工階段鋼筋桁架模板的最大撓度應按荷載的標準組合進行計算，撓度與跨度之比值不大于1/180，也不大于20mm。

（2）使用階段計算

使用階段計算包括樓板的正截面承載力計算、樓板下部鋼筋應力控制驗算、支座裂縫控制驗算以及撓度驗算。

樓板正截面承載力應按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010及《冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 95有關(guān)規(guī)定計算。

樓板支座的最大裂縫寬度限值按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50010有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其裂縫控制驗算應按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010中相關(guān)公式執(zhí)行，其中 應為除樓板自重以外的永久荷載以及樓面活荷載作用下按荷載效應標準組合計算的彎矩值。

樓面活荷載作用下樓板的撓度不應超過計算跨度的1/350，樓板自重、除樓板自重以外的永久荷載以及樓面活荷載作用下樓板的撓度不應超過計算跨度的1/250。在樓板撓度計算中，剛度按現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50010中相關(guān)公式計算。