异型无梁楼盖（共7篇）
异型无梁楼盖 篇1
摘要：为丰富石膏空腔模无梁楼盖的结构形式, 提出三种基于石膏空腔模的异型网格无梁楼盖结构, 采用通用有限元软件ANSYS分析其X向正应力、XZ向切应力分布特点。
关键词：石膏空腔模,异型网格,无梁楼盖
磷石膏是磷化工产业的副产物, 受到风蚀、雨蚀作用后污染环境, 且堆场的建设和维护费用亦相当昂贵。我国每年排放大量磷石膏, 仅贵州开磷的交椅山渣场、贾家堰渣场存放的磷石膏就上千万吨[1]。因此, 磷石膏的处理和消化问题受到越来越广泛的关注。
磷石膏通过低成本的洗涤、煅烧等降害处理, 加工成一定规格的空腔模壳, 作为永久性模板, 一次浇注混凝土形成无梁楼盖, 称为石膏空腔模无梁楼盖。该楼盖结构消耗数量可观的废弃磷石膏, 是解决上述问题的有效途径。
目前, 技术成熟且在实际工程中应用的石膏空腔模无梁楼盖仅有双向密肋式无梁楼盖[2], 其截面形式见图1。为丰富石膏空腔模无量楼盖的结构形式, 提出4区格、5区格、9区格三种石膏空腔模异型网格无梁楼盖, 分析其X向正应力、XZ向切应力分布特点。
1分析模型
分析模型见图2~4, 采用工形截面, 楼板厚度为350 mm, 上、下层板厚度为50 mm, 小肋梁宽度为1 2 0 m m, 暗框梁宽度为400 mm。采用通用有限元软件ANSYS对上述三种楼盖作静力分析:混凝土强度等级采用C35, 用SOLID65单元模拟;楼面恒荷载1.0 k N/m2、空腔模附加荷载1.0 k N/m2、活荷载3.5.0 k N/m2;结构自重由程序自动生成, 密度为2500 kg/m2;内力按1.2×恒载+1.4×活载进行组合计算。
2 X向正应力分析
4区格、5区格、9区格无梁楼盖的X向 (沿楼盖板面方向) 正应力分布较复杂, 具有如下共同点:各区格、各跨板均无明显的板带特征;楼盖的面部大部分区域承受压应力, 楼盖的底部大部分区域承受拉应力, 局部区域出现相反的应力值;柱端或框梁位置出现拉、压应力峰值。仅列4区格无梁楼盖X向正应力云图, 见图5。
3 XZ向切应力分布
4区格、5区格、9区格无梁楼盖的XZ向 (沿楼盖截面方向) 切应力分布云图见图6。仔细观察云图可知:XZ向切应力由上、下层混凝土板和肋梁、框梁承受, 且切应力峰值出现在柱端, 沿肋梁方向出现较大的切应力值。
参考文献
[1]胡友强.磷肥行业废渣磷石膏的综合循环利用[J].贵州化工, 2010, 35 (4) :22-26.
[2]肖良锦, 曹磊芳, 高朋朋.石膏空腔模填充混凝土空心楼盖研制及应用[J].四川建筑科学研究, 2011, 37 (1) :184-187.
异型无梁楼盖 篇2
1有限元模型分析
1.1 模型设计
为建模方便,钢筋混凝土无梁楼盖采用1∶2缩尺模型,双层双向配筋布置,混凝土板厚为80 mm,保护层厚度各为20 mm。混凝土为C30,钢筋一级钢,跨中板带钢筋间距为150 mm,柱上板带钢筋间距为100 mm,板底受力筋、分布筋通长布置,板上筋布置同底层筋,在板上开孔区域(设置钢管混凝土贯通柱)根据构造设置ϕ10,间距100的构造筋,考虑到板的极限破坏状态角度,选用均布荷载,为实际荷载乘以1.4的增大系数,最终外均布荷载数值为1.4(1.2×2+1.4×2)=7.28 kN/m2=0.007 28 N/mm2,楼盖与周边为固支约束。
1.2 材料本构
采用分离式方法建立模型,选用三维8节点6面体的Solid65单元模拟混凝土,Link8单元模拟钢筋,混凝土破坏准则采用William-Warnke5参数强度模型,其中泊松比、弹性模量、单轴抗拉强度、单轴抗压、张开、闭合裂缝传递系数分别为0.2,3e4,1.43,-1,0.7,1。钢筋的泊松比、弹性模量、屈服强度分别为0.3,2e5,210。混凝土本构选用E.Hognestad模型,钢筋本构为双线性随动强化模型。
1.3 网格划分和分析结果
因为板形状不规则,在板外边缘存在凹角区,按照常规方法不能实行有效的网格划分,因此在建立几何模型时采用分离式方法,以实现共用节点,使钢筋和混凝土能够共同承担外均荷载作用。对几何整体模型有限元网格划分采用扫描(sweep)方法,在局部开孔区板带采用等参元以适应孔不规则边缘,并在分段几何模型相交边界应用有限元面耦合,使其共同承担外力作用,最终分析结果见图1,图2。
2有限元结果分析
2.1 板厚对板性能变化的影响
板厚的变大必然引起板内应力的重新分布,从而引起板内力分布的变化,通过对四种不同板厚异型无梁楼板的有限元分析可以看到,板厚为80 mm时,板厚h与异型板横、纵向中较大边距的比值分别为1/80,1/64,3/160,1/40,分别介于薄、中型厚度板范围,板周边为固定约束,最大挠度出现在接近边界的跨中板带附近,并且随着高跨比的减小,板挠度、应力变化明显,最大为3.633 mm,6.347 MPa(对应80 mm板),在规范容许限度之内。考虑无梁楼盖存在穹顶效应可将板厚适当减小,但不宜小于规范要求的150 mm厚,根据具体情况要求,可将厚度适当加厚,根据模型计算结果分析,随着板厚加大,结构更趋向安全,但应考虑经济性,选取经济板厚。
2.2 阴角区应力场应力分析
阴角区可以认为是把异型板分成若干矩形区域后,不同区域的应力数值在阴角影响范围的叠加,因此在阴角区的应力比阳角和板其他区域应力数值显著增大,并且在阴角中心应力影响达到最大,但随着距离阴角中心距离的不同,应力梯度变化非常明显。结合有限元分析数据可以发现80 mm厚板的应力梯度变化最显著,且应力分布复杂,应力值较大,随着板厚的增加,同比应力值下降迅速,应力梯度曲线基本类似,但变化趋缓,上部阴角区应力在距离转角中心环径350 mm的地方基本就保持不变,应力集中的影响基本可以忽略不计,下部阴角区因为内缩板边尺寸较小,内力变化不明显,可以不考虑影响半径,在整个内缩范围应配置构造配筋。
2.3 开孔区应力场应力分析
板上开孔区域应力场分布非常复杂,存在明显的应力集中现象,在外荷载作用下极易发生冲切破坏,因此在设计模型时在板底采用剪力环以减弱应力影响,同时在板顶部柱上板带交叉区域设置构造钢筋,以加强节点区的局部稳定性,提高节点刚度。本例因为板上开孔孔径(r=100 mm)较小。相比与异型板纵向最大长度6 400 mm影响范围有限,因此应力场作用范围较小,通过对比四类板的有限元分析数据可以发现,在最接近孔径处应力最小,在1.5倍孔径处应力值达到最大,在2倍孔径处应力变化基本趋于稳定,在两个开孔中心连线附近区域应力有一定的增强,这是因为两孔应力场叠加的缘故,但数值远较板上应力最大处数值小,因此当孔径远小于临界半径,或者相对于板长边远远小于时,可以认为设置加强环是有效的,并且可以显著地提高节点区的抗冲切性能。
3等代框架法分析
3.1 等代框架法计算
等代框架法也称等效框架法,是属于板的弹性理论的一种计算方法,常用于无梁楼盖的分析,在异型无梁楼盖中选用6个节点(编号分别为1,2,3,4,5,6),目的在于根据等代框架法,依据畸变能密度准则,计算出6个节点的屈服应力,最后同有限元结果相比较,从而验证分析过程(见表1)。
3.2 误差分析
1)有限元模型建立为按照构造配筋,计算得到的数据可以认为是下限解,偏于安全,而理论分析结果为严格按照分析方法步骤得到的一般解,最终的结构设计应该参照具体的等代框架法计算具体的板内力和配筋。2)同经典的等代框架法不同,周边固支边界条件不规则无梁楼盖是一种非规范的结构形式,不同于一般的无梁楼盖,因此为了适应具体的情况对该方法在等代框架分配系数上进行了一些微调,因为对于微调程度的控制只是通过经验,因此必然导致最终结果存在一定误差。因此可以认为当两者结果相差不大时即可接受。
4结语
1)异型无梁楼盖在外均布荷载作用下的内力分布和变化受板厚影响很大,应该考虑在规范要求的最小厚度和挠度许可范围内板的经济厚度,通过四类板的模型分析,根据相关文献研究数据,可以认为当板厚为异型板长边边长的1/35,同时符合一定的经济效益。
2)异型无梁楼盖阴角区存在较大的应力集中,在使用阶段混凝土极易出现开裂甚至破坏,因此宜在板阴角顶部和底部两个互相垂直方向根据构造布置焊接钢筋加密网片。
3)在板底设置剪力环可以有效减弱节点处应力场影响范围,使得板柱节点附近区域不存在明显的应力集中,剪力环环径与节点区冲切破坏能力大小成正比,同时节点上部应按照柱上板带交叉区域的要求配置双向构造钢筋,对于厚度为160 mm的中厚板(因为建立模型板厚皆为1∶2缩尺,所以均符合厚度要求)也可以采取在节点区上部设置弯起钢筋或抗冲切箍筋,以及抗冲切锚栓等节点抗冲切加强措施。
摘要：周边固支筋混凝土异型无梁楼盖是一种特殊的结构形式,结合有限元分析工具对影响结构整体性能的因素进行仿真分析,得到无梁楼盖在外均布荷载作用下性能变化的一般特征,并同等代框架法计算得到的结果进行比较验证,从而为实际工程设计提供依据。
关键词：无梁楼盖,有限元,等代框架法
参考文献
[1]过镇海,时旭东.钢筋混凝土原理和分析[M].北京:清华大学出版社,2003.
[2]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2005.
[3]GB 50010-2002,混凝土设计结构规范[S].
[4]刑敬忠,李军.ANSYS对钢筋混凝土梁的非线性分析[J].煤炭工程,2003(10):25-26.
[5]东南大学,天津大学,同济大学.混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[6]沈聚敏,王传志,江见鲸.钢筋混凝土有限元与板壳极限承载力分析[M].北京:清华大学出版社,1993.
无梁空心楼盖施工技术 篇3
现浇混凝土非抽芯式空心楼板由GBF高分子合金组合内置模和暗梁组成, 无明梁、无柱帽, 暗梁高度为空心楼板厚度, 暗梁式空心楼盖的重量比实心无梁楼盖轻, 面承载力等同于实心无梁楼盖。GBF高分子合金组合内置模暗梁式空心楼盖优点:材料环保, 减轻结构自重, 缓解地震作用, 具有利于楼板的保温、隔热、阻声的性能。同时增加结构净空高度、建筑视觉效果好、减少钢筋和模板施工难度, 施工速度快等。在大空间、大跨度柱网住宅和公共建筑中得以广泛应用。本文就以厦门某工程2#地块工程为例进行介绍。
1 工程概况
某工程建筑面积84376m2。由3幢高层商住楼、5幢多层别墅楼组成;其主楼地下室顶板和地下室一层板均是采用现浇空心楼盖板的形式, 柱网尺寸为9000×9000或8500×8500, 楼板厚分别为550mm和400mm。混凝土强度等级为C40, 钢筋保护层厚度为:板顶30mm, 板底20mm, 选用的筒芯是GBF高分子合金组合内置模, 规格是400~380/300~280 (mm) 。
GBF高分子合金组合内置模是以高分子树脂为主要原料, 经合金改性, 用特殊工艺加工组合而成。标准长度为1000mm, 形状为圆形或方形, 高度100~600mm不等。
2 施工工艺流程
搭设模板支架→支设平板模板 (模板验收) →根据内置模安装位置和管线预埋位置弹线→划定或预先固定电气接线盒→绑扎暗梁钢筋及底板钢筋→底板钢筋垫块及埋件安装→安装电气管线→暗梁钢筋、板底钢筋及电气管线验收→安装内置模抗浮固定支架、抗浮固定支架与模板支撑间固定→安放及固定GBF高分子合金组合内置模及验收→绑扎板面钢筋、电气管线及埋件的预埋和预留→隐蔽工程验收→搭设施工便道→架设输送混凝土管路→浇筑混凝土→混凝土养护。
3 施工技术措施
3.1 无梁空心楼板模板支设
根据无梁空心楼面的设计厚度, 按折算厚度的实心楼板进行模板支承体系计算。设计模板与支承体系为:满堂内堂架, 立杆采用Φ48钢管, 木枋采用100mm×100mm, 板模搭设18mm厚木质胶合板;板模板支架搭设高度为4.1/6.65m, 搭设尺寸为:立杆的纵距b=0.9m, 立杆的横距l=0.9m, 立杆的步距h=1.5m。板底采用50mm×100mm木枋加U型顶托支撑, 木枋间距150mm。由于柱帽的地方为实心板, 荷载较大, 为便于施工, 在模板安装好后补加Φ48钢管立杆。
模板安装应从一边开始铺设, 后安装的模板必须与先安装的模板顶紧。由于板跨度较大, 支设模板时按千分之三起拱, 起拱不得减少板厚。另外, 模板安装完成后, 要涂刷水性脱模剂, 便于模板拆除。模板支承体系完成后, 预先在模板面弹出GBF高分子合金组合内置模、钢筋、预埋件和接线盒的位置。
3.2 无梁空心楼盖钢筋的绑扎
(1) 钢筋绑扎顺序。梁板钢筋的定位划线→框架梁钢筋绑扎→摆放板底主受力钢筋→绑扎板底次受力钢筋, 垫好保护层垫块及布置专用马凳→GBF高分子合金组合内置模安装完成后, 绑扎其上层抗浮钢筋→绑扎板面纵横向受力钢筋
(2) 钢筋绑扎要求。在绑扎底板钢筋前, 先在模板上弹好钢筋摆放的位置线, 钢筋摆放绑扎时短跨钢筋均布在最外侧, 长跨钢筋均布在里侧, 另外需特别注意电气接地的预埋穿插配合工作。钢筋绑扎后应及时垫好保护层, 保护层为20mm厚。板支座锚固长度为35d, 板底筋锚固长度为300mm。且应伸过扁梁中心线5d。钢筋绑扎时应注意保护GBF高分子合金组合内置模, 板面钢筋绑扎完后, 即可使板底钢筋、单肢箍、板面钢筋形成一个可临时施工荷载的空间结构, 铺上木跳板后可作为临时道路, 以方便操作和防止破坏。
板面钢筋绑扎后设置马凳支撑板面钢筋, 以保证负筋、面筋位置的正确, 严禁在上面踩踏。
3.3 GBF高分子合金组合内置模及电气管线的安装
(1) GBF高分子合金组合内置模支架固定。空心楼盖的模板支承体系支设完毕, 楼板预先钻孔、预留洞口开口完成且板底筋绑扎完成并垫好保护层后, 即需进行支架固定;支架的位置结合排管图确定。基本原则为:支架沿板块内垂直内置模方向固定, 固定方式可以是将支架绑扎在板筋上, 通常为在两根支架支撑一排内置模。内模支架示意图见图1。
(2) 排放GBF高分子合金组合内置模。支架固定完成后即按照排管图铺放内置管模。在内置管模的铺放过程中, 按照支架方管位置依次铺放。布管严格按照内模布管图的相关布置要求进行施工, 同时内置管模的排放应综合考虑楼板预留孔的位置, 孔洞应预留在内模之间的板上, 尽可能少切断受力主筋为原则。洞口附近内模布置如图2、图3。
在具体的操作中, 首先拉线完成纵横两个方向各一排内置模的布置, 剩余内置模据此左右两边对齐;内置模安放必须保持顺直, 整体顺直度偏差不大于0.25%, 且不大于15mm, 并且两排管之间间距要符合设计要求。
安装时要注意施工人员不得直接在内置模上行走, 行走时需铺设木板。内置模在施工运输过程中要轻拿轻放, 不得直接抛扔, 避免挤压, 吊装时必须使用专用吊篮吊运。严禁用缆绳直接绑扎内置模进行吊运, 内置模被吊到安装楼层后应及时排放, 不应再叠层堆放。
(3) GBF高分子合金组合内置模抗浮技术措施。在浇筑混凝土的过程中, 内置模会发生上浮, 导致楼板厚度超出设计要求, 必须采取有效措施控制上浮。本工程采用14#铁丝 (双根) 两道分别于内置模两头绑扎后穿过底模板板底固定。具体做法见图4。
(4) 破损GBF高分子合金组合内置模处理。施工过程中如发生GBF高分子合金组合内置模破损, 原则上应更换。也可对破损处用胶带进行封补, 填塞, 孔洞较大的可在孔内塞入塑料布、水泥包装袋等对钢筋、混凝土无害的材料, 再进行封补。修补的标准为混凝土水泥浆不进入内。
现浇混凝土空心楼盖结构中内模的安装应按模板分项工程的要求进行施工质量控制和验收, 对内模安装完成后尚应进行隐蔽工程验收。
(5) 预留预埋水、电线套管。模板支撑体系安装完毕验收合格后对预埋管进行放线定位。电源线管和给排水管线, 尽量布置在楼板实心区域或管与管之间的肋里。当预留预埋设施无法避开内模时, 采用小尺寸内模等避让措施在管线集中集中处。
3.4 混凝土浇筑及养护
(1) 混凝土的要求:石子粒径级配要合理。粗骨料的最大粒径不宜超过内置模肋宽和板底厚度的1/2, 且不得超过31.50mm。
(2) 敷设泵送混凝土泵管:泵送混凝土泵管尽可能从宽扁梁上架设, 并在泵管下铺设脚手板;需从CBM内模顶面架设泵管, 在内模纵横向肋梁交叉处采用马凳架起并在泵管下垫放减震物 (废旧轮胎) 以减缓泵管对内模管的冲力。
(3) 为避免破坏内置管模, 在混凝土浇筑前, 铺设架空马道, 严禁将施工机具放置在内模上。在施工过程中操作人员不得直接踩踏内模, 混凝土浇筑过程中设专职人员随时检查、修复内模管和钢筋。
(4) 钢筋、预留预埋、内置管模进行检查验收且符合规定要求后, 方可浇筑混凝土。混凝土浇筑时应沿顺筒方向分层浇筑, 不宜沿垂直空心管的方向作多点围拢式浇筑。第一层浇筑厚度不大于内模管径的1/2, 使用插入式混凝土振捣棒 (选用d=30的振捣棒) 仔细振捣, 振捣间距为300mm。所有肋部都必须按规定间距振捣, 不得漏振, 这样才能把内置管模下空气全部排除干净, 使管下混凝土振捣密实。在本块板的肋梁部位混凝土浇筑振捣完毕后, 在混凝土初凝前将剩余板厚的混凝土浇筑至设计标高, 并对肋梁部位混凝土进行两次振捣, 最后使用混凝土平板振捣器沿管长方向振捣板面混凝土。使用振捣棒振捣时, 对同一部位连续振捣时间不得超过3min, 以免破坏内置管模。
(5) 混凝土塌落度不宜小于160mm, 浇筑时混凝土输送泵出口应加弯头避免混凝土直接冲击内模。
(6) 混凝土应振捣密实表面成形找平后, 随即覆盖塑料薄膜封闭, 并加强养护, 拆模时混凝土强度建议达到100%。
4 施工过程中需要注意的问题
(1) 内置管模施工前, 必须根据设计图纸中每块楼板的平面尺寸、施工缝位置、预留预埋、内置管模的排布方向和生产厂家生产的内置管模标准长度, 进行排管设计, 根据已绑扎完毕的支座钢筋位置放置内置管模, 放置完毕后, 检查内置管模的管头间距, 必要时拉线控制。
(2) 为方便垂直运输, 现场制作内置管模吊笼, 通过塔吊将内置管模运至楼层作业面。内置管模的储存、搬运时必须水平放置, 严禁立放, 以避免管模被损坏。
(3) 在内置管模运至作业楼层后, 作业人员根据所在层的排管图进行排放。排管时注意轻拿轻放, 不要碰坏内置管模。
(4) 内置管模堆放场地必须远离明火, 须挂上明显的防火标志。在施工过程中如有电焊、氧焊之类的须对管模有保护措施。
(5) 混凝土浇筑过程必须分两次浇筑到顶, 尤其要注意肋间部混凝土的振捣。
(6) 加强对管模的成品保护, 避免管模的破损。
(7) 施工人员不得直接在管模上面行走, 不得直接在内置管模上面堆放重物和其他作业。采用定型马凳搭设便道, 供施工人员行走, 同时可做混凝土输送管的支架, 严禁施工人员直接踩踏钢筋及内置管模。
(8) 现场施工过程中, 加强对现场管模上浮的监督检查, 对局部较小面积混凝土浮胀凸起可采取反压措施, 予以及时纠正。
(9) 考虑在浇筑混凝土之前, 在楼板模板面肋梁两端打设铁钉, 以便于楼板混凝土达到强度后拆模可清晰地辨别出肋梁位置, 方便以后吊顶及安装管道支架固定施工。
(10) 施工过程中应注意靠内置管模一侧钢筋的保护层厚度及混凝土对钢筋的握裹。
(11) 管模抗浮钢筋抗浮作用点位置为每段内置管距各自端头凹槽内, 确保管模抗浮措施的到位。
(12) 对无梁空心楼盖混凝土配合比进行优化, 严格控制粗骨料直径, 采用DN30mm高频振捣棒, 确保混凝土能有效振捣密实。
5 工程实际应用情况
本工程采用无梁空心楼盖结构, 一方面模板施工速度快, 减少了模板损耗, 混凝土浇筑方便;另一方面由于施工控制得当, 无梁天棚平直度控制在±3mm以内, 观感极佳, 受到各界的好评, 同时节省了天棚二次抹灰的费用。也使得地下室空间更灵活布置;无梁空心楼盖在本工程中降低了施工的总费用, 取得了较好的社会效益和经济效益。
由于无梁空心楼盖结构减轻了结构自重, 降低了工程造价, 也有利于结构的抗震, 增强了结构的保温、隔热、阻声的性能, 增加结构净空高度, 建筑视觉效果好, 这将也是建筑行业推广和应用的方向。
参考文献
[1]CECS175:2004, 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程[S]
[2]GB50204-2002, 混凝土结构工程施工质量验收规范[S]
[3]GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S]
[4]傅礼铭.现浇混凝土空心楼盖施工方法[J].施工技术, 2006, 35 (4)
浅谈无梁楼盖的设计 篇4
板柱结构中的楼盖称为无梁楼盖, 属于点支撑的的板结构。无梁楼盖是一种“板”, “柱”框架体系。工业建筑的结构设计中, 板柱结构体系以其受力和布置方式的合理性被结构设计人员广泛的应用。板柱结构体系有许多优点, 施工支模及绑扎钢筋较简单, 结构本身高度较小, 同时也可以减少建筑物的层高, 从而降低建筑物的造价等等, 但由于此种结构是将钢筋混凝土直接放在柱上, 完全取消了肋梁, 板厚比肋梁楼盖大, 同时在遭受较强地震作用时, 其板柱节点的抗震性能不如有梁的梁柱节点, 此外, 地震作用产生的不平衡弯矩要由板柱节点传递在柱周边将产生较大的附加应力, 当剪应力很大而又缺乏有效的抗剪措施时, 有可能发生冲切破坏, 甚至导致结构的连续破坏。因此, 板柱结构设计的合理性直接影响工程的安全与造价, 为保证整体结构的安全性经济性与耐久性, 就要求结构设计人员必须在整体设计的思路中掌握结构的计算特点, 设计原则等一些知识。关于板柱结构设计上的有关规定本文做了如下的总结。
1 无梁楼盖内力的计算
无梁楼盖按弹性理论计算分为总弯矩法与等代框架法。
1.1 总弯矩法是以中间区格板带的弯矩为准, 对边缘区格板带的弯矩则是通过乘以不同的修正系数而求得。
因此计算时取一条宽相当于柱网宽度并以一列柱为支座的中间区格板带作为计算单元, 由力学内容可知, 对于均布荷载下的多跨连续梁, 任意一跨两端支座负弯矩的平均数的绝对值加上此跨的跨中弯矩与同跨度同荷载简支粱的跨中弯矩是一样的。对于无梁楼盖计算中单元板带的中间各跨其跨中与支座弯矩之和应等于按简支板计算的跨中最大弯矩。在一般情况下, 弯矩计算出后, 支座截面负弯为2/3简云弯矩, 跨中截面正弯矩为1/3简支弯矩, 而柱上板带的支座截面刚度相当大, 因此, 支座负弯矩在柱上与跨中板带间可按3:1分配跨中正弯矩则按0.55:0.45分配。
柱上板带:
支座截面负弯矩:M1=-3/4X2/3MOX=-0.5MOX
跨中截面正弯矩:M2=0.55X1/3MOX=-0.2MOX
跨中板带:
支座截面负弯矩:M1=-1/4X2/3MOX=-0.15MOX
跨中截面正弯矩:M2=0.45X1/3MOX=0.15MOX
M1-柱上板带的支座弯矩
M2-跨中弯矩
MOX-沿X方向的总弯矩
1.2 等代框架法是将整个结构分别沿纵, 横柱列方向划分为具有“框架柱”与“框架梁”的纵向与横向框架。
等代框架的宽度为:当竖向荷截作用时取等于板跨中心线间的矩离;当水平荷载作用时, 取等于板跨中心线距离的一半。等代框架梁的高度为板的厚度。等代框架柱的计算高度为:对于各楼层取层高减去柱帽的高度;对底层取基础顶面到该层楼板底面的高度减去柱帽的高度。等代框架法的适用范围为任一区格的长跨与短跨之比不大于2。
2 无梁楼盖的构造要求
2.1
板的厚度, 在一般情况下, 板厚必须使楼盖具有足构的刚度。有顶板柱帽时h大于等于L/35, 无顶板柱帽h大于等于L/32, 而且都要大于等于150mm, L为区格的长边尺寸。
2.2
板的配筋, 钢筋的直径与间矩与一般的双向板要求相同, 对于承受负弯矩的钢筋宜用直径不小于12的钢筋。
2.3
边梁, 无梁楼盖周边要设有边梁, 其截面高度不小于板厚的2.5倍, 与板形成一个倒L形截面。边梁除承受荷载产生的弯矩与剪力外还要承受垂直于边梁方向各板所传来的扭矩。因扭矩计算相当的复杂, 可按构造要求配附加抗扭纵筋与箍筋。
3 板柱结构无梁楼盖破坏主要原因
由上述可以总结出, 板柱结构无梁楼盖如发生破坏, 其主要是地震的作用。由于未布置抗震墙, 此种结构的节点刚度又相对较弱, 侧向位移常较大。再加上板柱节点处, 楼板抗冲切能力差。在柱子周边板内, 未设置抗冲切的钢筋, 或设置得不恰当, 节点处不平衡弯矩对楼板造成的附加剪应力未适当考虑, 柱周边板的厚度不够, 使抗剪箍筋不易充分发挥作用, 或柱子纵筋在节点处滑移.如若采取相应措施之, 加大结构的抗震性能, 将使其设计强度很大的提高。下面就简单介绍几点:
3.1
在房屋周边, 应布置边梁, 以形成周边框架。如在周边布置确有困难, 则应在其他部位布置一定数量的框架梁, 使结构形成板柱-框架-抗震墙的综合体系。
3.2
楼板在柱周边临界截面的冲切应力, 宜控制在较低水平.一般不宜超过允许值同时考虑由于板柱节点处的不平衡弯矩引起的附加剪应力。
3.3
板柱结构 (无抗震墙者) 抗震性能较差, 《结构专业技术措施》一书中规定, 在抗震设防烈度为6度的地区, 层数不能超过四层, 房屋总高不能超过16m, 7度区为三层及12m, 8度区为二层及8m。
3.4
柱上板带支座处的上部钢筋, 至少1/4应在跨度方向通长。
4 结束语
板柱结构是一种经常被采用的结构体系, 板柱结构层高较高, 跨度也较大。此种结构不能抵抗地震力使板柱结构遭受破坏, 由于板柱节点抗冲切能力不足, 如果按我国新的抗震规范的要求去设计, 再在冲切方法上作改进, 并加强抗震墙的构造, 这类破坏是可以避免的。然而, 在实际工程中, 对于板柱结构还是有大量要求的, 希望同行多多探讨研究以满足实际需求。
摘要：随着我国大规模的经济建设, 建筑结构发展十分迅速。在短短的40多年间, 许多建筑物在建筑功能的完善程度和建筑结构的形式已不能满足时代要求.我国国民经济的不断发展, 综合国力的日益强大, 人们对工程质量的要求提高的同时也在逐步追求建筑的完美与适用性。在大跨度结构的设计中, 钢筋混凝土板柱结构 (无梁楼盖) 被广泛应用在冷库, 各种仓库, 商店等工程中。本文就板柱结构在设计中遇到的一些问题做以下简单的分析, 供设计人员参考。
关键词：板柱结构,无梁楼盖,冲切
参考文献
[1]《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册 (第二版) .中国建筑工业出版社, 1998年9月.
[2]《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
论无梁楼盖设计关键点 篇5
1 无梁楼盖体系内力计算
无梁楼盖结构体系设计可根据弹性理论来分析计算, 也可根据塑性理论进行分析计算, 目前常用的设计方法包括:经验系数计算法、等代框架计算法、精确计算法等。
1.1 经验系数计算法
该法常常适用于较为规则的等代框架建筑, 采用经验系数法时, 建筑物必须符合下列条件:第一, 无梁楼盖结构纵、横方向均超过连续三跨;第二, 任区格内的长跨与短跨之比不小于1.5;第三, 相同方向的最大与最小跨度比值应当小于1.2, 且两端跨度不应大于内跨;第四, 活荷载不应大于3倍的恒荷载设计值;第五, 为确保无梁楼盖低于水平荷载, 在无梁楼盖结构体系中应确保有剪力与抗侧力支撑。
经验系数计算法是基于薄板弹性理论, 得出柱上与跨中板带在跨中截面、支座截面的弯矩系数, 根据经验系数法从而给出无梁楼盖内力数值, 最终总结其纵、横向板的总弯矩, 根据其弯矩分配系数, 从而计算各截面弯矩数值。
1.2 等代框架计算法
等代框架计算法主要是将整个建筑结构沿横、纵划分为纵向与横向等代框架等代框架, 均不同于普通框架柱, 普通框架梁柱均能够传递内力包括弯矩、轴力等, 然而在等代框架体系中, 在竖向荷载条件下, 等代框架梁宽度取值方向与梁跨呈垂直方向, 其数值都均大于柱宽, 仅一小部分竖向荷载靠柱子直接传递, 其余荷载都通过扭矩来进行传递, 所以无梁楼盖体系中代框架柱包括柱帽以及两侧扭臂等, 在设计过程中其刚度都应当充分等代柱的受弯刚度与扭臂受扭刚度。
等代框架梁的尺寸取值, 高度与板相等, 在水平荷载作用下等代框架梁的宽度取1/2板跨中心线间距离, 同时在竖向荷载下取与梁跨度垂直方向的板跨中心线间的距离, 等代框架柱截面往往取柱的截面尺寸, 而柱的实际计算高度, 则取层高扣除柱帽的高度, 如果仅有竖向荷载情况下, 框架可根据分层法来简化柱截面计算, 并根据框架内力计算得出柱内力, 从而获取梁内力数值, 需要分配给小同的板带当区格板的边长比小于3/2时, 便可计算所得等代框架梁中各截面弯矩数值。 (如表1所示)
1.3 精确计算法
该法主要对无梁楼盖结构体系来讲并不是仅仅等代与简化, 同时根据无梁楼盖体系的跨中板带、柱上板带以及柱帽尺寸, 采用有限元法来把无梁楼盖分割为若干个单元, 并用单元有限元法进行计算, 在求解过程中可借助PKPM、SAP2000、GEN以及MIDAS等有限元软件。本文以PKPM软件为例, 主要阐述有限元计算方法:第一, 在建模过程中需要科学处理, 通过PMCAD模块, 在人机交互输入过程中, 在柱间位置上布置尺寸为100mm X100mm矩形截面的暗梁, (在开洞处与边界处最好设置实梁) , 从而便于在SATWE软件在数据处理过程中能精确获取现浇板的边界消息。第二, 借助整体三维模式计算无梁楼盖内力, 在PKPM软件中SATWE模块具有考虑楼板弹性变形的过程, 并以弹性楼板单元作为模拟楼板来计算刚度与变形, 在SATWE软件中将其无梁楼盖中的楼板设置为弹性楼板。第三, 在进行三维计算分析过程中, 需借助SATWE程序中自带厚板分析程序来进一步分析无梁楼盖, 在均布面荷载与线荷载条件下来对楼板内力与配筋计算。
1.4 无梁楼盖结构体系的冲切计算
(1) 在集中反力与局部荷载的作用下, 弯起钢筋与小配置箍筋的板受冲切承载力应符合《混凝上结构设计规范》中关于第6.5.1的规范要求。第二, 当受冲计算能符合《混凝上结构设计规范》关于板厚限制要求, 同时需要配置弯起钢筋或箍筋, 除此以外受冲切承载力与受冲切截面应当符合《混凝上结构设计规范》的相关规范要求。
2 无梁楼盖结构体系构造要求
(1) 楼板配筋应选用双向配筋支座来承受负弯矩的钢筋, 并且选用大于直径12mm钢筋, 同时对无梁楼板应当充分考虑其抗震作用, 板面应根据其抗震要求, 其配筋率应高于25%p。
(2) 无梁楼盖结构体系的抗震设计要求:第一, 房屋的楼梯、周边以及电梯洞口应布置框架梁;第二, 当抗震烈度大于等于8度时应当选用柱帽或托板的板柱节点;第三, 在地震条件下板柱结构根据平面等代框架分析时, 其等代梁的宽度宜采用平面等代框架垂直方向柱距的1/2;第四, 地下层顶板与屋盖宜选用梁板结构;第五, 对于无柱帽平板应在柱上板中布置暗梁, 而暗梁宽度可取柱两侧及柱宽大于1.5倍楼板厚度, 暗梁支座的上部钢筋面积应大于1/2柱上板带钢筋面积, 而暗梁的下部钢筋应当小于1/2上部钢筋。
(3) 对于无柱帽无梁楼盖结构体系, 需布置弯起钢筋与抗冲切箍筋, 且符合其规范的要求。
(4) 对圈梁的配筋形式, 如无梁楼板未伸出柱外侧, 需要在板周边布置圈梁, 而圈梁高度大于2.5倍板厚, 圈梁按计算配筋, 抗扭箍筋为6@200或8@150, 圈梁宜连接形成封闭式, 且搭接长度大于其锚固长度, 抗扭纵筋不小于412, 同时在圈梁下部纵向钢筋直接伸入柱边, 且圈梁上部纵向钢筋须通长布置同时钢筋的搭接点应当布置在跨中。
3 结束语
无梁楼盖结构体系与以往的框架结构体系相比具有建筑空间大, 能够增加其楼层高度, 且施工支模、工序简单, 绑扎钢筋较为便利, 设备工程安装比较方便, 工期短等特点, 但抗震性能差、易受冲切破坏, 对此设计单位应根据该结构体系程特点, 从计算方法、设计要求以及构造措施等方面通盘考虑, 保证设计的科学性、合理性。
参考文献
[1]陈静茹, 熊火清, 彭少民, 等.现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖设计弯矩分析[J].武汉理工大学学报, 2002, 24 (7) :24-26.
[2]连晓庄, 陈晓明, 赵晓文, 等.体育馆大厅空心无梁楼盖结构设计应用探讨[J].三峡大学学报 (自然科学版) , 2005, 27 (3) :216-219.
[3]彭省华.无梁楼盖结构设计与工程应用的探讨[J].城市建筑, 2014 (4) :56-56.
空心无梁楼盖式地下车库性质透析 篇6
1 空心无梁楼盖单元截面性质的两个重要推论
推论1:若无梁楼盖空心部分四周曲边部分为四分之一圆弧, 则必有结论:楼盖标准单元截面形状 (即空心外围截面) 必为正方形。反映在本文公式中有:a=b。
推论2:无梁楼盖空心部分四周曲边部分一般为非圆弧, 通常为四分之一椭圆圆周。
应用说明:推论的结论可应用于对空心无梁楼盖顶板施工进场预制材料进行检查, 以避免不合格废品板材用于楼盖顶板工程之中。
2 空心无梁楼盖单元截面惯性矩计算公式推导
∴空心截面惯性矩:
3 空心无梁楼盖单元刚度计算公式
—空心无梁楼盖单元材料的模量。
空心无梁楼盖单元截面图
4 空心无梁楼盖刚度计算的物理意义及应用
4.1 空心无梁楼盖刚度计算物理意义及公式
地下车库顶板的显著特点是竖向发生微小的附加变形 (挠度) 就会引起车库结构产生很大的内力, 对其安全很不利;另外, 车库顶板自重应尽量小, 以减少车库柱及柱下独立基础的截面尺寸, 以产生经济效益。而刚度是反映这两方面的重要参量, 在一个方向上车库楼盖整体刚度的计算 (两个方向耦合可能需要矩阵形式) , 可看做该方向由刚度相同 (也可不同) 的截面单元并联连接而成, 则总刚度。
刚度相同情况:EI总=nEI
n为一个方向上标准截面单元总数。
刚度不相同情况:EI总=EI1+EI2+EI3+...
4.2 应用
(1) 空心无梁楼盖刚度计算的用途:计算出无梁楼盖的挠度值后, 结合有关计算公式就可进行挠度、裂缝等参数的计算。
(2) 空心无梁楼盖优点: (1) 可节约混凝土用量。 (2) 虽然楼盖空心使得楼盖刚度比之实心形式有所减小, 但这不会增加楼盖的钢筋用量。
(3) 空心无梁楼盖缺点:空心无梁楼盖刚度变小, 在相同上覆荷重作用下, 与相同厚度的实心形式无梁楼盖相比竖向变形 (挠度) 较大。
5 结语
无梁楼盖的设计 (尤其是空心截面形式) 也是分为:强度设计和刚度校核两个过程。
(1) 强度方面 (主要为配筋率) ;实心形式与空心形式无梁楼盖两者配筋率差别不大。
(2) 用材方面;空心无梁楼盖较之实心省。主要表现在顶板空心部分节约用料, 进而由于上部荷重变轻, 使得顶板下柱及柱下独立基础截面尺寸变小 (包括配筋) 。
结论:空心无梁楼盖虽然竖向挠度变大了, 但这是可以计算的, 只要控制其在规范允许的范围之内, 也是允许的。空心无梁楼盖较之实心, 有很大的降低工程造价的空间, 经济意义显著, 应优先选用。
参考文献
摘要：空心无梁楼盖是地下车库顶板结构形式之一。它截面复杂, 弄清其暗含力学性质不容易。本文从几何和刚度两方面为出发点, 对空心无梁楼盖性质进行了透析, 希望能起到抛砖引玉的作用。
关键词：惯性矩,刚度,混凝土和钢筋用量
参考文献
[1]李国胜.多高层建筑基础及地下室结构设计—附实例[M].中国建筑工业出版社, 2011, 9.
地下室无梁楼盖结构设计 篇7
1无梁楼盖结构的优点
1.1造价相对较低
地下室车库柱网一般情况下较为规整,采用无梁楼盖的结构造价比梁板结构略低。
现以某工程为例,取最典型的8m×8 m柱网,首层1.5 m覆土,首层活荷按8.0 k N/m2计算,对其地下室顶板四种结构方案比较如表1:
由表1可知:无梁楼盖方案在三种方案中造价略低。相对前两种方案,考虑无梁楼盖表面积较小,柔性外防水、施工模板造价相对较低,其综合造价优势明显。
1.2一定情况下可减少地下室层高
采用无梁楼盖时,由于结构板厚小于梁板式的梁高,在管线能避开柱帽的前提下,可获得较大的地下室净空高度,或净空相同时可降低地下室层高。降低地下室层高可减少土方开挖和地下水位,减少部分造价。
1.3施工便利
相对于梁板式结构,无梁楼盖表面平整、表面积较小,柔性外防水施工及模板施工时简便快捷,管道铺设方便。
综上所述,在地下建筑中采用无梁楼盖可获得较好的综合效益。但不适用于有较多楼板开洞、柱网不规则的结构。
2无梁楼盖结构设计方法
2.1经验系数法
经验系数法是运用弯矩分配系数,算出板的总弯矩再乘以弯矩分配系数得出各控制截面的弯矩值,要想充分发挥此种设计方法的作用,设计人员需要遵循着相应的条件:首先,要保证无梁楼板结构每个方向都应该达到或超过三个连续跨;其次,无论是哪一个长跨或短跨之间的比值都应该在1.5之内;再次,若方向相同,最大与最小跨度之间的比值要控制在1.2之内,同时保证两端跨度不能超过内跨。
经验系数法结构内力计算:
式中:q为楼板上每平方米全部荷载;c为弯矩计算方向柱帽的有效宽度;lx为板x向的轴跨;ly为板y向的轴跨。
2.2等代框架法
相比经验系数法,采用等代框架法的优点为不受各跨跨度的限制,可考虑到大小跨对内力的影响,并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。此种设计方法简单的说就是设计人员将整个结构依照纵向柱子分为纵向等代框架,而后按照横向柱分为横向等代框架。
无梁楼盖中柱上板带与跨中板带的计算特点如下:
(1)柱上板带的分布范围为柱边各L/4(L为柱跨);跨中板带的分布范围为柱跨中间L/2;
(2)对于支座截面负弯矩,柱上板带的弯矩分配比例为0.75,跨中板带的弯矩分配比例为0.25;对于跨中截面正弯矩,柱上板带的弯矩分配比例为0.55,跨中板带的弯矩分配比例为0.45;
中1.5为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
中1.1为柱上板带内力增大系数,0.8为考虑穹顶效应的折减系数;
柱上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应;
上板带内力增大系数,并注意边跨不能考虑穹顶效应。
2.3有限元计算法
有限元法是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽尺寸,将无梁楼盖划分成若干细小单元,用板壳单元有限元程序进行求解。设计人员需借助有限元法进行计算分析,比较常用的软件有PKPM/SAP2000等。在此笔者以PKPM软件为例,对如何运用有限元计算方法进行分析。第一,建模之前需要设计人员进行相应的处理,通过运用PMCAD进行人机交互,将相应的数据信息输入其中,柱与柱之间要设计矩形截面虚梁,但是如果是边界位置或者是开洞位置则应该设计实梁最佳,预先最好这些工作,能够在软件处理时可以非常方便的将所有的边界信息都读出来;第二,设计人员需要借助该软件中的SATWE来完成整体结构的三维设计,因为SAT-WE能够对中楼板弹性变形进行计算分析,所以效果比较好;第三,在三维计算分析后,还需用SATWE程序中附带的厚板分析程序SLab CAD对无梁楼盖进行进一步的分析,SLab CAD可以处理均布面荷载和均布线荷载作用下的楼板内力计算和配筋。
3无梁楼盖结构设计要点
(1)等效框架法相对经验系数法适用范围广、准确性高,相对有限元计算简便,可编制EXCEL表格进行手工计算,在实际工程设计用被普遍应用。当采用等效框架法计算得出弯矩后,对柱上板带各截面进行配筋设计,并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算,其中迎水面裂缝限值为0.2 mm(保护层厚度为50 mm,计算时可取保护层30 mm,但需保证计算有效高度与实际相符),背水面裂缝限值为0.3mm。一般情况下,非人防地下室底板的迎水面的钢筋均由裂缝控制;
(2)支座计算配筋较大,可采用另加钢筋的方法,另加钢筋伸出柱帽长度不小于柱帽间净跨的1/4,当另加筋直径较大(如并筋)时,伸出长度不宜小于柱帽间净跨的1/3;
(3)根据等代框架计算公式可知,跨中板带支座配筋为柱上板带支座配筋的1/3。当支座配筋的另加筋超过拉通筋2倍以上时,需计算跨中板带支座钢筋的另加筋;
(4)柱帽的高度由抗冲切计算确定,同时需满足与板厚之比的三次方之比大于5,以作为无梁楼盖计算跨度的支座(此时无梁楼盖计算跨度)。对于边支座,由于边支座为简支,理论上可以发生转动,故对于边跨柱帽(平面内多桩承台除外),无梁楼盖计算跨度应算至墙柱边;
(5)对于不规则的柱网,尤其是多边线、锐角三角形的柱网,建议采用梁板式结构,或局部位置加梁使其不要出现锐角多边形。对于多边形的柱网或平面有较多较大开洞的无梁楼盖,建议采用有限元算法分析其内力,按计算结果配筋并加强洞口四周的配筋。
4结语
无梁楼盖建筑结构体系与其他建筑结构体系相比具有非常多的优势,比如建筑空间比较大,能够在一定程度上增加层高,施工支撑也非常简单,钢筋绑扎工作也不复杂,使用的安装设备也非常方便,施工速度也比较快,但是此种建筑结构类型受力复杂需要设计人员精心进行计算,同时抗震性能也比较差,需要设计人员在现有条件的基础上提升无梁楼盖的抗震性能,这样才能够保证整体设计科学合理。
参考文献