无梁楼盖结构设计方法

无梁楼盖结构设计方法（精选8篇）

无梁楼盖结构设计方法 篇1

1 地下车库无梁楼盖简介

地下车库无梁楼盖是将等厚度平板直接支承在几行中间柱上形成板柱体系, 边柱、边梁、地下室外墙均可作为平板的支座。中间柱顶设置托板和斜柱帽形成刚域, 作为平板的支座, 边柱和外墙可设置半柱帽, 特殊部位可设置纵横大梁, 形成局部梁板体系。

地下车库板柱无梁楼盖合理的柱网为7.8~8.4m, 在边跨可适当减小为5.4~8.1m。该结构体系的优点为:可减小地下室层高;车库顶板平整美观, 利于敷设各种设备管线;施工模板简单, 可加快地下室的施工进度;综合的经济技术指标好。该结构体系适用于非人防区和六级人防区, 且车库顶板覆土厚度宜在2m以下。若顶板设计荷载太大时, 楼板较厚, 楼盖材料用量较多;楼盖的抗弯刚度较小, 柱子周边的剪应力集中, 可能会引起板的冲切破坏。

2 柱网布置

地下车库采用无梁楼盖时, 一般按如下规定布置柱网:无梁楼盖的柱网通常布置成正方形或矩形, 以正方形更为经济;无梁楼盖每个方向不宜少于3跨, 以保证有足够的侧向刚度;无梁楼盖的楼板通常采用等厚平板, 板厚由受弯、受冲切计算确定;无梁楼盖在柱头处设置柱帽, 尺寸由板的冲切承载能力控制。柱帽扩大了板在柱上的支撑面积, 减少了板的计算跨度, 也增加了房屋的刚度。

3 无梁楼盖结构内力的分析

现浇无梁楼盖结构内力的分析计算有如下三种方法[1]:

3.1 经验系数法

它是实验研究和实践经验基础上给出的两个方向截面总弯矩的分配系数, 再将截面总弯矩分配给柱上板带和跨中板带, 并按分配的弯矩计算各自的配筋。该方法物理概念清楚, 有极限平衡寓意。它符合一定条件得板系理论分析为依据, 作了设计方法上的简化, 为了使各截面的计算弯矩值能适应各种活荷载的不利布置, 使用该方法时, 应满足下列条件:楼盖每方向至少应有3个连续跨;同一方向上的最大与最小跨度比不应大于1.2;区格应为矩形, 任一区格的长跨与短跨之比不应大于1.5;活荷载为均布荷载, 且不大于恒载的3倍。

3.2 等带框架法

它是将无梁楼盖沿纵横柱列方向划分为纵向和横向的等代梁, 与柱形成等代框架。等代梁的高度取板厚;在垂直荷载作用下, 等代梁的宽度取板跨中心线之间的距离;在水平荷载作用下, 等代梁的宽度取等于板跨中心线距离的一半。这是因为在竖向荷载作用下, 主要靠板带的弯矩把荷载及变形传给柱, 使两者形成等代框架;而在水平荷载作用下, 主要是由柱把水平荷载传给板带, 柱的抗弯刚度比板带小, 所以板带的宽度取得小[2]。

3.3 有限元法

将无梁楼盖划分为若干细小单元, 用板壳单元的有限元程序进行求解。基于有限元分析结果的混凝土板带截面设计方法, 并在PKPM程序Slab CAD, 其基本原理是:将楼板划分为若干板带, 并在板带上设置若干剖面, 利用有限元分析结果积分计算剖面总内力, 形成设计截面, 并根据现行规范的规定进行楼板正截面应力验算和受弯承载力配筋设计。

现结合大连市某工程的设计实例介绍一下各种计算方法。该工程地下车库平面为矩形, 长210m, 宽100m, 标准柱网尺寸为8.1m×8.1m。外墙为钢筋混凝土挡土墙, 顶板为无梁楼盖, 板厚350mm, 顶板覆土厚度为1.2m。柱帽托板厚200mm, 托板宽2.8m×2.8m, 45°斜柱帽高400mm。混凝土强度等级为C35, 钢筋为HRB400级。在顶板消防车道部位, 板厚和柱帽尺寸均适当加大, 本文仅介绍非消防车道处无梁楼盖的计算结果。在竖向荷载作用下, 分别采用上述3种方法计算, 并将计算结果进行对比见表1。

4 计算结果分析

从以上结果可以看出:

经验系数法与等代框架法计算结果相比较, 经验系数法计算出的柱上板带支座负弯和跨中板带支座负弯矩均略大于等代框架法的计算结果, 而柱上板带和跨中板带的跨中正弯矩均略小于等代框架法的计算结果, 两者相差不大。

经验系数法与有限元计算结果比较, 柱上板带的支座负弯矩约为有限元法计算结果的1.1倍, 跨中板带的支座负弯矩约为有限元法的0.95倍。柱上板带的跨中正弯矩约为有限元法计算结果的0.96倍, 跨中板带的跨中正弯矩约为有限元法的0.92倍。等代框架法与有限元法的计算结果相比, 也类似于上述结果, 在此就不再介绍了。

经验系数法、等代框架法计算出的跨中正弯矩均小于有限元法的计算结果, 柱上板带的负弯矩大于有限元法的结果, 跨中板带的支座负弯矩小于有限元法的结果, 主要原因是经验系数法、等代框架法不能充分考虑不同截面的端柱和边梁的作用[2]。

5 结语

随着计算技术和有限元法的发展, 使用电算软件进行结构分析计算已成为发展趋势。用软件有限元法计算时, 可不受结构布置规则性的限制, 并且具有分析精度高, 适用范围广等特点。根据本文对三种不同计算方法的对比分析, 在进行地下车库顶板的结构设计时, 对于较规则的柱网布置范围内, 三种计算方法均适用, 而对于不太规则的部位及端跨计算时, 应综合考虑多种计算方法的结果。

参考文献

[1]于振洲, 金光豪.地下车库无梁楼盖结构设计技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]曲俊义, 王进东.钢筋混凝土无梁楼盖在地下车库中的应用[J].特种结构, 2005 (02) .

无梁楼盖结构设计方法 篇2

关键词预应力无梁楼盖;地下室;混凝土

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)062-0052-01

普通钢筋混凝土无梁楼盖体系与梁板式楼盖体系相比,具有板底平整,视觉效果好,结构高度较小,建筑布置灵活,构造简单,施工方便等优点,然而其不足之处是混凝土和钢筋的用量均较大,且应用上受到许多方面的因素,如荷载、跨度、抗震设防、经济指标等的限制,而预应力技术则能较好地解决上述问题,为无梁楼盖结构的广泛应用创造了有利条件。近年随着预应力技术的发要及其应用成本的降低,我省采用预应力现浇无梁楼盖结构的工程数量也有较大比例的增长,展现了广阔的应用前景。

笔者根据工程操作实践,结合具体工程实例,介绍预应力无梁楼盖结构在大型地下室工程中的应用,提出了自己的施工体会,以供同行借鉴。

l工程概况

某高层建筑有3层地下室,建筑面积约2.8万平方米,其中负三、负二层约1万平方米,负一层约0.8万平方米。楼盖采用了预应力无梁楼盖结构,楼盖厚度负三层为250mm,负二、负一层为200mm。

地下室楼盖根据后浇带的设置分为六个区施工,区块内采用有粘结预应力,张拉端设置在两端后浇带加强带及外侧壁板,板上的张拉端采用变角张拉。由于地下室西、北预应力筋在该处为固定端,因此北面三个区Y向及西边两个区X向是一短张拉。有粘结预应力筋成孔采用扁形(b×h=70×20)波纹管成形,管内钢绞线数量为3～4根。后浇带位置排布等同数量的无粘结预应力筋拉结,使预应力筋实际贯通。

2结构设高的要求及特点

1)基本柱距为8m×8m,部分达到8m×l0.7m。楼盖普通钢筋及预应力筋呈双向交错布置,同时楼盖中还有预埋水电管线,交叉工序多,预应力筋的准确就位是关键。2)有粘结预应力在混凝土达到设计强度的75%时张拉,无粘结预应力在混凝土达到设计强度的100%时张拉。其中負二层楼面部分预应力筋要在上部土方回填完成后才可张拉,以免板面反拱、开裂。3)由于西北两侧紧贴挡土墙,北侧三个区Y向只能一端张拉,而预应力筋长度达34m,已超过规范要求。该部分预应力筋的数目和张拉控制都要考虑这一因素进行调整:

3主要施工工艺

3.1布筋

本工程采用高强度低松弛钢铰线(fp—tk=1860Mpa),按图纸用砂轮机切割下料。待楼面底层钢筋铺设完毕后上料进行预应力筋的铺设。波纹管的定位采用钢筋马登支撑,间距600～800mm,高度按图纸确定;波纹管铺设完毕后将预应力筋穿入,并进行检查、调整。在面筋铺设及管线预埋过程中要加强对预应力筋的保护和复核,并要在混凝土浇注前进行一次全面的检查,尤其要注意灌浆孔(排气孔)的保护措施。

3.2混凝土浇注

在混凝土浇注过程中要安排专人负责预应力筋的保护,要避免振动棒直接触及波纹管,也不准下料口对准波纹管下料,尤其要加强对灌浆孔(排气孔)的检查和防护,绝对避免混凝土堵塞灌浆孔(排气孔)。预应力筋张拉端、固定端混凝土一定要振捣密实。

3.3预应力筋张拉

预应力筋的张拉顺序:底板采用分块依次张拉;顶板按设计要求分批张拉,先张拉3/5,待顶板上填土后再张拉2/5。张拉时先楼面板,后梁顺序进行(不包括暗梁);预应力筋张拉程序为:张拉力从零开始张拉至预应力筋的张拉控制应力锚固即可。张拉时预应力筋伸长值应与理论计算值相接近,其偏差幅度为+6%至-6%,如不符应暂停张拉,查明原因,并补拉或者退锚重新张拉至要求后再张拉下一条预应力。张拉时发现砼表面破裂或钢筋断丝、滑丝时,应停止张拉,查明原因处理后再张拉。并作好原始记录,记录应精确到毫米。两端张拉时,先在一端张拉完成后,再移至另一端补足张拉力。张拉过程中采用双控:以应力控制为主,伸长值控制为辅。对于因工程实际情况所限,部分长度超过25米采用一端张拉的预应力筋,经与设计商讨,在数量上适当调整,张拉时主要以应力控制为主。

鉴于本工程预应力筋数量多,排放较为复杂,以及张拉条件也各有不同,我们采用了计算机进行管理。将所有预应力筋位置、编号输入计算机,绘制在平面图上。根据每块板混凝土的浇注时间和预应力筋张拉条件,确定张拉日期,并将每条预应力筋的长度、张拉控制力、计算伸长值、计划张拉时间等信息输入计算机。

考虑到整体结构的受力均匀性,同一区预应力筋的张拉顺序为间两边紧贴挡土墙,隔位依次纵横向交替张拉,既先张拉X向奇数根,然后张拉Y向奇数根,接下去张拉X向偶数根,最后张拉Y向偶数根。

张拉用的设备和仪表一定要经过检查和标定。张拉结果的数据要及时输入计算机,并在平面图上对完成张拉的预应力筋进行标识,防止错漏。

张拉完毕后利用电脑对张拉数据进行分析,发现除长度为34米采用一端张拉的预应力筋伸长值未达到计算值的95%外(平均值仅达到计算值的92%),其余预应力筋的应力控制和伸长值控制都满足规范要求。对长度为34米采用—端张拉的预应力筋伸长值未达到规范要求,经分析,主要是由于预应力筋长度较长且只能—端张拉,导致摩阻力增大,伸长值相应降低。这一因素在施工前已经考虑并与设计协商在预应、力筋数量上进行了适当增加,其张拉结果仍属合理。

3.4灌浆

为达到理想的灌浆效果,我们在水泥中掺入10%～12%的JP型外加剂,水灰比控制在0.35～0.4之间,以保持良好的流动性和和易性。根据配比预先做试件,经实验达到设计强度后才可以进行灌浆工作。为保持灌浆连续进行,避免意外事件影响灌浆,现场配备了两套灌浆设备和一台小型发电机。

4施工体会

1)计算机的合理应用可以较好的提高管理水平和工作效率。本工程在施工过程中,将预应力筋平面布置图输入计算机,并将预应力筋的有关信息(编号、张拉条件、张拉时间、张拉结果等)及时输入计算机,取得了直观的视觉效果,为合理安排工序提供了直观可靠的依据。利用计算机对张拉结果进行计算分析,简便易行,不易出错,大大的提高了工作效率。2)对于长度超过30米的预应力筋应尽量采用两端张拉。因工程实际情况不能两端张拉时,要在设计中考虑摩阻力的影响适当增加预应力筋数量,并放宽伸长值控制的幅度。3)预应力的张拉及灌浆设备应由专人使用和保管,定期维护和检验,必要时,要事先埋设测力传感器,对预应力筋的张拉控制应力、锚固损失、摩阻损失等进行测试,以确保工程的施工质量。

5结束语

大型地下室楼盖采用预应力混凝土达到降低了结构钢筋及混凝土的用量,提高了结构的刚度及抗裂要求,有效地减少了混凝土裂缝的产生,提高了地下室的防水抗渗性能,免除了伸缩缝的留设,扩大了地下室的柱网,提高了工程的实际使用面积和空间布置的灵活性,也改善了建筑的使用功能;楼盖采用无梁平板结构有效地降低了建筑的层高,施工方便,省略了梁侧模、底模的制作、安装工序,不仅节约了模板,且加快了施工进度。

地下室底板无梁楼盖设计方法初探 篇3

1.1 明确水头高度h

地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内 (包括施工期) 可能产生的最高水位, 如果岩土工程勘察报告中没有提供地下水的最高水位时, 地下水设防水位可取建筑物的室外地坪标高。应注意在勘察要求中提出, 需由勘察单位提出在设计使用年限内建筑物的设计水位。

1.2 有人防时控制荷载的判断

地下室底板的人防等效静荷载, 对采用桩基础的建筑物, 核6级时通常为12k N/m2 (非饱和土) 、25k N/m2 (饱和土) , 核5级时通常为25k N/m2 (非饱和土) 、50k N/m2 (饱和土) 。底板设计时, 需判断底板配筋是由人防组合荷载控制还是由平时水压荷载控制。近似的办法为, 由平时水压的控制荷载[1.35×10×h (水头) -t (底板厚) ×25]×1.15 (裂缝调整系数) , 与人防控制荷载[1.2× (10×h (水头) -t (底板厚) ×25) +qRF (人防等效静载) ]/1.35判断, 大者为控制荷载。

2 确定底板厚度

2.1 底板的冲切承载力。

一般指底板在水压或水压与人防组合荷载作用下, 其抵抗冲切破坏的能力, 通常由承台或独立基础的冲切控制。冲切锥体的形状通常为从底板底与承台 (基础) 的交接处沿向墙柱方向的45度线交于底板面。

验算公式为;

Fl燮0.7ftumh0×系数 (详规范) ,

当有人防时, 为Fl×燮0.65ft RFumh0×系数 (详规

其中人防时的ft RF=1.2ft, 底板的有效高度可取h0=h-80, um=承台 (基础) 周长-4h。

荷载Fl= (相应位置柱按面积法所占面积-承台 (基础) 的面积) ×q底板。

当冲切不满足时, 在考虑提高底板厚度前可先考虑适当提高承台 (基础) 的尺寸, 可获得较优的经济指标。

与混凝土的厚度来确定混凝土相应的抗渗等级, 新防水规范则取消了其对应关系, 但高规表12.1.9仍保留了基础防水混凝土抗渗等级与水头与混凝土厚度的关系。虽可不必完全按照高规表12.1.9的关系通过混凝土采用的抗渗等级来确定混凝土的厚度, 但在确定底板厚度时仍可作为衡量其抗渗能力的一个有益的参考。

2.3 底板同时用作筏板时需同时满足筏板的构造要求。

3 内力及配筋计算

采用等代框架的简化方法计算, 而非经验系数法, 其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。具体步骤如下:

(1) 用连续梁模型计算等

代框架每米宽度的弯矩平均值。各部位弯曲的计算通式为M=αql02, 其中弯曲系数α分别为:边跨跨中0.08;边跨内支座0.11;中间跨跨中0.05;中间跨支座0.08。

(2) 按柱上板带将内力相应调大。根据无梁楼盖中弯矩在柱上板带与跨中板带的分配规律 (见图1) , 结合考虑穹顶效应的影响, 可得出柱上板带各部位处单位宽度的简化计算式如下:a.中间跨支座处M'=0.08ql02×1.5×0.8, 其中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;b.中间跨跨中处M=0.08ql02×1.1×0.8, 其中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;cc.边跨支座处M'=0.11ql02×1.5, 其中1.5为柱上板带内力增大系数, 并注意边跨不能考虑穹顶效应;dd.边跨跨中处M=0.08ql02×1.1, 其中1.1为柱上板带内力增大系数, 并注意边跨不能考虑穹顶效应。

(3) 计算跨度的确定

a.当基础为多桩承台时, 计算跨度l0=min (l, l-32 (c1+c2) , l为柱中距、lz为桩边间距、c1、c2为柱边至承台边距离;

b.当基础为独立基础或单桩承台或单排桩承台的短向时, 分以下两种情况:

当t3tc3叟5时, 对所有部位l0=l-32 (c1+c2) , 其中tc为承台厚度, t为底板厚度, l为柱中距、c1、c2为柱边至承台边距离;

当t3tc3<5时, 在计算跨中弯矩时, l0取两柱边的净距, 其余部位仍取l0=l-32 (c1+c2) , 其中tc为承台厚度, t为底板厚度, l为柱中距、c1、c2为柱边至承台边距离;

上述两种情况均需验算柱边截面, 计算跨度l0取两柱边的净距, 截面高度为承台高度。考虑到实际相当于变截面梁, 需将按等截面梁的计算结果乘以放大系数1.25, 因该截面同时又属于承台, 故最终弯矩应为按变截面梁在水压作用下的结果与扣除水浮力后作为承台的所受弯矩的叠加。

长短跨的调整可总结为以下3点原则:a.当某跨小于相邻跨的0.2倍时, 较近支座可视为1个支座;b.当相邻跨跨度相差在20%以内时, 可视作等跨;c.当某跨与相邻跨跨度之比大于0.2小于0.8时, 对邻跨的影响, 弯矩增大者乘以1.1, 减小者乘以0.9, 重复影响者乘以1.33, 如图2所示。

图2长短跨弯矩调整系数示意图

(4) 配筋计算及裂缝验算

a.按上述算得的弯矩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0.2mm (保护层厚度为50mm) , 背水面裂缝限值为0.3mm。一般情况下, 迎水面的钢筋均由裂缝控制, 根据弯矩大小的不同, 可比相应的强度计算配筋增大约20~55%。

b.因较大的弯矩主要集中在支座部位, 当底板拉通筋按典型中间跨跨中计算配筋及构造最小配筋率两者中的大值配置, 较大弯矩的支座和边跨处或局部较大跨度的跨中处设置另加钢筋时, 底板可获得较优的经济效益。从底板钢筋抗裂时“宁细勿粗, 宁密勿疏”的原则考虑, 按经验一般可取拉通筋及另加筋的间距均为150, 则有利于底板抗裂, 另需注意, 另加筋的长度应按以下原则确定: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。

c.根据上述第3、 (2) 点的计算公式, 我们知道柱上板带跨中配筋约为支座配筋的1/2, 而跨中板带跨中配筋可视为与柱上板带跨中配筋基本相同, 跨中板带支座配筋为柱上板带支座配筋的1/3。当验算竖向荷载作用下的强度时, 可通过竖向荷载与水压荷载相对比例的简化方法, 判断相应部位是否需设置另加筋。

d.当拉通筋为最小配筋率, 而边跨支座处所需另加筋太大, 直径超过拉通筋直径二级以上时, 可采用并筋, 或在一个拉通筋间距内放置2根另加筋的办法, 以避免发生无法充分发挥较大直径钢筋强度的情形, 但注意当采用并筋时, 钢筋伸出柱帽的长度不宜小于柱帽间净跨的1/3;当另加筋采用并筋其直径仍超过拉通筋直径二级以上时, 则可考虑采用以下三种办法之一, 或采用二种或三种办法的组合:将局部区域的拉通筋加大, 与其余区域拉通筋搭接连接, 从而减少另加筋直径;将柱上板带与跨中板带的弯矩分配比例从3:1调整为2:1;将支座弯矩下调10%~15%, 相应提高跨中正弯矩。

摘要：探讨了地下室底板无梁楼盖的设计方法。

无梁楼盖设计探讨 篇4

无梁楼盖即是在楼盖中不设置梁肋, 将板直接支承在柱上, 楼面荷载直接通过柱子传至基础。无梁楼盖又分为板柱结构和板柱—剪力墙结构。板柱结构由楼板、柱和柱帽组成;板柱—剪力墙结构由楼板、柱、柱帽和剪力墙组成。在我国, 无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术, 常用于冷库、商场、仓库、书库等建筑。较之传统的密肋梁结构体系它具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高等优点。并且, 采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面, 采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便, 设备安装方便等优点, 从而大大提高了施工速度。因此, 采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点:由于取消了肋梁, 使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大, 柱子周边的剪应力高度集中, 可能会引起局部板的冲切破坏;侧向刚度比较差, 层数较少时可以设置板柱结构来抵抗水平荷载, 当层数较多或要求抗震时, 一般需要设剪力墙、筒体等来增加侧向刚度。对无梁楼盖进行工程设计的研究具有一定的实际意义。

2 计算方法

通常在进行无梁楼盖设计时, 可以采用三种方法:弯矩系数法、等效框架法、精确计算法。

2.1 弯矩系数法[1]

弯矩系数法是在弹性薄板理论的分析基础上, 给出柱上板带和跨中板带在跨中截面、支座截面上的弯矩计算系数;计算时, 先算出总弯矩, 再乘以相应的弯矩计算系数即可得到截面的弯矩。采用弯矩系数法时, 必须符合下列条件:①每个方向至少有三个连续跨;②任一区格板的长跨与短跨之比值不大于1.5;③同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的1/3;④可变荷载和永久荷载设计值之比q/g≤3。

在一个区格板中, 两个方向的总弯矩设计值分别为:

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式中:g, q—板面永久荷载和可变荷载设计值 (kN/m2) ;

lx, ly—沿纵、横两个方向的柱网轴线尺寸;

c—柱帽计算宽度。

2.2 等效框架法[1]

等效框架法, 即将整个无梁板结构分别沿纵横柱列方向划分为具有“等代柱”和“等代梁”的纵向和横向框架。等代柱的截面即原柱的截面。等代柱的计算高度为:对底层, 取为基础顶面至楼板底面的高度减去柱帽的高度;对于其他各层, 取为层高减去柱帽的高度。等代梁的高度取为板的厚度。等代框架梁的跨度, 在两个方向分别取为lx-2/3c和ly-2/3c。

对竖向荷载作用下的无梁板结构用等效框架法确定其内力时, 等代梁的宽度取为板跨中心线间的距离 (lx或ly) 。

对于水平荷载下无梁板结构的内力值也可用等效框架法确定。在无梁板结构中, 板的刚度实际上要比取板跨中心线间的全宽计算所得的刚度小得多。对于水平荷载作用的情况, 等代梁的刚度取值对计算结果影响很大。国内外规范大都取等代梁的宽度小于板跨中心线间的全宽, 如我国《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ130-90对无柱帽板, 取为板跨中心线距离的3/4;英国《混凝土的结构应用 (第一部分) :设计和施工实用规范BS8110》则取为板跨中心线距离的1/2。

2.3 精确计算法

精确计算法就是不再对无梁楼盖进行人为的简化和等代。利用MIDAS、SAP84、PKPM等软件按照真实的三维模型进行建模分析。利用PKPM进行无梁楼盖分析按如下方法:①在PMCAD人机交互式输入时, 在柱与柱之间布置截面尺寸为100×100的矩形截面虚梁。 (但在边界处及开洞处最好是布置实梁) ;②为了正确分析该结构, 在SATWE程序中还应将无梁楼盖的楼板定义为弹性楼板;③用SATWE软件对结构进行整体三维计算分析后, 还需用SLABCAD对无梁楼盖进行进一步的分析。

3 不同计算方法的比较

本文以下将对弯矩系数法、等效框架法和精确计算法三种计算方法的计算结果进行比较。

(1) 计算模型:

一层纵横方向四跨连续板, 柱距11 m×11 m, 板厚300 mm, 柱尺寸1 000 mm×1 000 mm。只有竖向荷载作用, 活载为3 kN/m2, 恒载为1.5 kN/m2。

(2) 按照弯矩系数法对该模型进行计算, 结果见表2。

(单位:kN·m)

(3) 利用SAP84软件对该计算模型进行计算, 结果见表3。

(单位:kN·m)

从上述两种方法的计算结果表格可以看出:利用弯矩系数法算出的结果较精确计算法算出的结果偏保守, 总的差距不算太大。

4 无梁楼盖冲切、剪切验算

无梁楼盖由于是板直接支承于柱上, 柱周边剪应力高度集中, 故除了满足弯矩配筋要求外, 还应对其进行冲切和剪切验算。

4.1 无梁楼盖剪切验算

剪力承载力应该按照《混凝土结构设计规范》7.6.8条规定:

undefined

式中:ASV—受剪承载力所需的箍筋截面面积;

βt—一般剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数:当βt<0.5时, 取βt=0.5;当βt>1时, 取βt=1;

b—截面的宽度;

h0—截面的有效高度;

ft—混凝土轴心抗拉强度设计值;

Np0—计算截面上混凝土法向预应力等于灵时的纵向预应力钢筋及非预应力钢筋的合力, 按照《混凝土结构设计规范》第6.1.14条的规定计算, 当Np0>0.3fcA0时, 取Np0=0.3fcA0, 此处, A0为构件的换算截面面积;

s—沿构件长度方向的箍筋间距;

V—构件斜截面上的最大剪力设计值;

Wt—受扭构件的截面受扭塑性抵抗拒, 按本规范第7.6.3条的规定计算;

T—扭矩设计值。

无梁楼盖柱周边剪力最大, 故首先需验算柱子周边剪力, 即为图4-1中的剪切面1。剪切面1处于柱帽内, 柱帽内没有配置抗剪钢筋, 此处仅为混凝土抗剪, 计算承载力时应不考虑钢筋的作用。将式 (4-1) 改为:

V≤ (1.5-βt) 0.7ftbh0 (4-3)

剪切面2处于柱帽范围结束处, 此处开始配置抗剪箍筋, 故应用式 (4-1) 与式 (4-2) 进行抗剪承载力的计算。剪切面3处于抗剪箍筋配置范围结束处, 此处只有混凝土抗剪, 故按照式 (4-3) 和式 (4-2) 进行抗剪承载力的计算。

4.2 无梁楼盖冲切验算

不配置箍筋或弯起钢筋时, 冲切承载力按《混凝土结构设计规范》7.7.1条

Ft≤ (0.7βhft+0.15σpc, m) ηumh0 (4-4)

式中:Ff—部荷载设计值或集中反力设计值;对板柱结构的节点, 取柱所承受的轴向压力设计值的层间差值减去冲切破坏椎体范围内板所承受的荷载设计值;当有不平衡弯矩时, 应按本规范《混凝土结构设计规范》7.7.5条的规定确定;

βh—截面高度影响系数:当h≤800 mm时, 取βh=1.0, 当h≥2000 mm, 取βh=0.9, 其间按线性内插法取用;

ft—混凝土轴心抗拉强度设计值;

σpc, m—临界截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值, 其值宜控制在1.0 N/mm2～3.N/mm2范围内;

um—临界截面的周长:距离局部荷载或集中反力作用面积周边h0/2处板垂直截面的最不利周长;

h0—截面有效高度, 取两个配筋方向的截面有效高度的平均值;

η1—局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数;

η2—临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数;

βs—局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值, βs不宜大于4;当βs<2时, 取βs=2;当面积为圆形时, 取βs=2;

as—板柱结构中柱类型的影响系数:对中柱, 取as=40, 对边柱, 取as=30;对角柱, 取as=20。

当配置箍筋或弯起钢筋时, 受冲切承载力应符合《混凝土结构设计规范》7.7.3条, 受冲切截面应符合下式:

Fl≤1.05ftηumh0 (4-5)

配置箍筋时, 受冲切承载力应符合下列规定:

Fl≤ (0.35ft+0.15σpc, m) ηumh0+0.8fyvAsvu (4-6)

配置弯起钢筋时, 受冲切承载力应符合下列规定:

Fl≤ (0.35ft+0.15σpc, m) ηumh0+0.8fyvAsbusina (4-7)

式中:Asvu—与呈45°冲切破坏锥体斜截面相交的全部箍筋截面面积;

Asbu—与呈45°冲切破坏锥体斜截面相交的全部弯起钢筋截面面积;

a—弯起钢筋与板底面的夹角。冲切面1为从柱帽范围结束处沿45°冲切, 此处为配置箍筋或弯起钢筋处, 故首先应用式 (4-5) 验算受冲切截面是否满足要求, 然后再应用式 (4-7) 计算冲切承载力。冲切面2为从配置箍筋或弯起钢筋范围结束处沿45°冲切, 此处没有配置箍筋或弯起钢筋, 故应用式 (4-4) 进行冲切承载力的计算。

5 构造要求

5.1 板的配筋

根据柱上和跨中板带截面弯矩算得的钢筋, 可沿纵、横两个方向均匀布置于各自的板带上。对于承受负弯矩的钢筋, 其直径不宜小于12 mm, 以保证施工时具有一定的刚性。

5.2 边梁

无梁楼盖的周边应设置边梁, 其截面高度应不小于板厚的2.5倍, 与板形成倒L形截面。边梁除了与边柱上的板带一起承受弯矩外, 还要承受垂直于边梁轴线方向的扭矩, 所以应配置必要的抗扭构造钢筋。

5.3 抗冲切钢筋的配置[1]

按计算所需的箍筋及相应的架立钢筋应布置在冲切破坏锥体范围内, 并布置在从柱边向外不小于1.5 h0的范围内;箍筋应做成封闭式, 箍筋直径不应小于6 mm, 其间距不应大于h0/3。按计算所需的弯起钢筋应配置在冲切破坏锥体范围内, 弯起角度可根据板的厚度在30°～45°之间选取;弯起钢筋直径不应小于12 mm, 且每一方向不应小于3根。

6 结 语

无梁楼盖有其自身的优缺点, 在进行设计时, 一定要仔细分析其受力特征, 了解他的破坏机理, 才能更好的运用他的优缺点来为建筑行业服务。

摘要：无梁楼盖结构体系具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高、施工方便等优点。但其同时也具有受力复杂, 抗震性能差等缺点。本文系统介绍了无梁楼盖的设计方法, 在设计中需要重点验算的部位和一些构造要求。

关键词：无梁楼盖,计算方法,冲切,剪切

参考文献

[1]周克荣, 顾祥林, 苏小卒.混凝土结构[M].上海:同济大学出版社, 2000.

[2]PKPM系列软件在无梁楼盖结构中的应用[J].PKPM新天地, 2000, (3) :26-28.

[3]李方河.无梁楼盖结构分析[J].建筑与工程, 2009, (9) .

地下室无梁楼盖计算方法分析 篇5

无梁楼盖又称之为板柱结构, 它由楼板和柱组成承重结构, 他以传力直接、整体性好, 施工简便、提高施工进度、最大限度的提高楼层净高、降低建筑高度、减少工程造价而受到广泛的重视。在地下室工程应用中, 尤其因为能减少地下室开挖深度, 减少地下室土方开挖量, 减少基础和深基坑造价, 近几年发展较为迅速, 得到了广泛的应用。

根据经验, 当楼面活荷载标准值大于5KN/㎡, 柱跨度为6~8m时, 无梁楼盖教普通楼板较为经济。

对于地下室顶板无梁楼盖的内力的计算方法, 常采用的方法有经验系数法、等代框架法和有限元计算法等计算方法。

2 计算方法

经验系数法是根据弹性理论, 以无梁楼盖受力影响因素试验结果为基础, 以符合一定条件的板系理论分析为依据, 对计算方法进行简化而成的。经验系数法取X向或Y向板所受荷载产生的板的总弯矩设计值, 然后按一定的经验系数, 将板总弯矩设计值分配给柱上板带和跨中板带各截面。

经验系数法设计简单, 经验系数方便可靠, 但其需要满足一定的适用条件:1、活载为均布荷载, 且不大于三倍恒荷载;2、在每个方向至少有三个连续跨;3、任一区格内长边与短边之比不大于1.5;4、同一方向最大跨度与最小跨度之比不大于1.2。使其适用范围不广, 在地下室无梁楼盖设计中受到限制。

等代框架法是将地下室无梁楼盖视为支承在柱上的等代梁, 将地下室墙、柱视为对等代梁的约束, 将地下室无梁楼盖划分为X向或Y向等代框架, 通过对等代框架的内力分析, 并将内力计算结果按一定经验系数分配给柱上板带和跨中板带各截面, 从而得出地下室无梁楼盖整体设计结果。

等代框架法没有了经验系数法的限制条件, 适用范围较为广泛, 但其计算过程较为繁琐, 可通过查询计算表格、结构刚架计算器和理正结构工具箱软件等方法实现。

有限元分析法是将基于板、壳单元的有限元方法, 将地下室无梁楼盖划分为一定数量的有限元单元, 并将各单元之间进行变形协调, 从而得出准确的地下室无梁楼盖内力。有限元计算法是一种通用计算方法, 对于结构的布置限制很少, 计算结果较为真实准确, 当计算量大, 需要大量的输入数据, 通常通过PKPM结构系列软件和midas buliding结构计算软件等通用有限元计算软件实现。

3 工程案例

武汉九都国际二期项目位于武汉市武昌区徐东大街西侧, 用地东临60米宽徐东大街, 南临福星惠誉新建项目用地, 西临新华家天下高层住宅区, 北临现状铁路货运支线及好美家家具市场。项目其中包括一栋41层办公楼超高层写字楼, 一栋4层办公配套, 总建筑面积76573㎡, 项目设有地下两层地下室, 地下室中建筑面积14371㎡, 地下室柱网为8.4mx8.4m, 顶板覆土1.2m, 一层地下室层高为4m, 局部考虑消防车辆通行, 经过多方比较、论证, 主楼范围以外地下室顶板采用无梁楼盖结构设计方案。地下室顶板取值400㎜, 柱截面600×600㎜, 采用矩形顶板柱帽, 柱帽尺寸为1800×1800, 柱帽高度为300㎜, 矩形顶板下设45度斜柱帽, 斜柱帽高度为300㎜, 保证柱帽有效宽度C也为1800㎜。

地下室板、柱混凝土强度等级均为C35, HRB400级别钢筋, 不考虑顶板自重, 覆土荷载取21.6KN/㎡, 活荷载为5KN/㎡, 不考虑消防车辆荷载及人防荷载布置, 现取一5跨内柱平面布置, 进行分析比较。

a) 采用经验系数法

该平面布置满足经验系数法的适用条件, 故可适用经验系数法。经计算, 该地下室无梁楼盖荷载设计值q=1.35× (21.6+0.4×25) +1.4×0.7×5=47.56k N/㎡

X向及Y向无梁板总弯矩设计值为

按《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ130-90表3.3.4计算, 各板带截面弯矩分配后的计算结果见表1。

b) 等代框架法

取等代梁宽度为8400㎜, 等代梁高度为400㎜, 等代梁框架按实际跨度输入, 计算跨度考虑托板及斜柱帽形成的梁柱刚域, 计算跨度取值为7200㎜, 荷载按设计值47.56KN/㎡输入, 采用理正计算软件计算, 并按《升板规范》表3.2.4规定, 将等代框架弯矩按比例分配至各板带, 其计算结果见表2。

c) 采用有限元分析法

有限元法通过PKPM系列结构计算软件实现, 首先在PMCAD中输入计算模型, 按板带宽度输入虚梁, 并在SATWE后处理中定义为弹性板6, 对结构进行刚度分析, 后在SLAB-CAD中对无梁楼盖进行有限元后处理板带分析。

在SLABCAD分析中, 输入柱帽及荷载信息, 并对地下室无梁楼盖进行有限元单元划分, 生成有限元计算数据, 有限元单元划分最大边长宜取1000㎜, 以保证地下室无梁楼盖柱帽部分得到有效划分。在SLABCAD后处理中, 为了使用方便, SLABCAD借鉴等代框架的思路, 将地下室无梁楼盖划分柱上板带和跨中板带, 对有限元计算结果按板带进行划分, 求解板带内力与配筋, 其计算结果见表3。

4结论及设计建议

4.1 无梁楼盖地下室结构设计, 端跨是重点

在以上计算中, 无论采用何种计算方法, 无梁楼盖端跨弯矩均是最大值, 尤其以第一内支座尤为重要, 经验系数法、等代框架法和有限元分析法均证明了这一点。在设计中, 应考虑端跨板带跨度及截面尺寸对于内力的影响。因此, 在端跨设计时, 应在端跨支座处设置柱帽, 减小端跨计算跨度, 提高地下室无梁楼盖抗弯刚度, 并适当加大端跨跨中及第一内支座配筋, 保证端跨安全。

4.2 计算方法内力比较

在以上计算中, 可以发现, 等代框架法与经验系数法, 两者在内跨计算, 各板带截面弯矩基本相同;等代框架法与有限元分析法, 两者在端跨计算, 各板带截面弯基本相同。

笔者认为造成这一现象的原因是, 有限元分析法在内跨计算时, 虽然考虑了柱帽刚度对于弯矩分配的作用, 但未考虑柱帽尺寸对于计算跨度的减小作用, 增大了内跨各截面弯矩;而在端跨计算中, 经验系数法未能充分考虑边端墙、柱实际刚度大小, 增大板带边端支座支座弯矩, 减小了端跨跨中及第一内支座截面弯矩, 对于结构较不安全。

在以上计算过程中, 也能发现, 在采用等代框架法与经验系数法计算中, 未能虑柱帽刚度对于各板带截面结构弯矩分配比例系数的影响, 按经验系数比例分配各板带截面弯矩, 与实际受力情况较不一致。

因此, 当采用有限元分析计算, 应采用能考虑柱帽刚度对于计算跨度影响的计算模型, 或对有限元支座弯矩进行折减;当采用等代框架法和经验系数法, 应考虑柱帽刚度的影响, 适当加大柱上板带弯矩分配比例。

4.3 当有柱帽时, 各板带截面弯矩应予以折减

对于有柱帽的地下室无梁楼盖, 由于板带受到周边柱帽的嵌固作用, 从而形成“穹拱”现象, 在板内形成压应力, 板带承载能力有所提高, 可以用折减计算弯矩的形式来考虑这一有利因素的影响。根据《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ130-90第3.3.7条, 除边支座和端跨跨中外, 各板带弯矩均可乘以0.8的折减系数。

4.4 无梁楼盖冲切设计

地下室无梁楼盖, 由于其跨度大、覆土厚度大、荷载重, 且可能承担地下室人防荷载, 其厚度往往由冲切计算确定, 而不是由板带抗弯设计控制, 不可因为其板带配筋截面较小而减小板厚, 从而造成地下室楼盖抗冲切不足, 造成安全隐患。

5 结语

现有规范、规程及技术文献对于地下室无梁楼盖设计均有针对性和限制要求, 应用于普通混凝土结构及预应力混凝土结构等, 各计算方法将也存在较大的差异性, 设计人员应在经验、理论与实际计算的基础上, 仔细分析其计算结果的合理性, 并采取安全可靠、经济合理的构造措施。

参考文献

[1]〗中国建筑科学研究院.GBJ130-90钢筋混凝土升板结构技术规范[S].北京:中国标准出版社, 1991.

[2]朱聘儒.双向板无梁楼盖[M.北京:中国建筑工业出版社, 1999.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社2011.

[4]理正软件使用说明编制原理 (2009年7月) [M]北京理正软件研究院有限公司.

[5]PKPM系列 (2010年版) 结构软件用户手册及技术条件[M]中国建筑科学研究院.

无梁楼盖结构设计方法 篇6

关键词：无梁楼盖,拓扑优化,均匀化方法

无梁楼盖是指楼板中不设明梁, 钢筋混凝土楼板直接支承在柱或承重墙上的一种双向受力楼盖, 早在上世纪50年代即已出现。与常用的肋梁楼盖相比, 其结构高度小、板底平整、施工方便, 另外没有柱、梁、板交汇形成的大量阴棱角, 特别适用于多高层建筑的地下停车场、商业用途的裙房, 以及办公、教学楼等大柱网、大开间建筑, 量大面广。

无梁楼盖的侧向刚度较差, 在建造高度上受到严格的限制。6度和7度设防地区板柱-剪力墙结构的最大高度为80m和70m, 与框架-剪力墙结构的130m和120m相比差距很大;另外, 无柱帽无梁楼板的厚度与长跨的最小比值为1/30, 对于跨度为8m左右的柱网来说, 无梁楼板的板厚在250mm以上, 楼盖自重很大, 楼盖自重的增大使得本来侧向刚度就相对较弱的板柱结构体系更为不利。因此, 引入基于均匀化方法的拓扑优化原理, 对实心无梁楼盖进行拓扑优化分析。

1 均匀化方法基本原理

1988年Bendsoe和Kikuchi[1]提出结构拓扑优化设计的均匀化化方法, 主要思想是:在拓扑结构的材料中引入微结构 (单胞) , 微结构的形式和尺寸参数, 决定了宏观材料在此点的弹性性质和密度。优化过程中以微结构的单胞尺寸作为拓扑设计变量, 以单胞尺寸的消长实现微结构的增删, 并产生由中间尺寸单胞构成的复合材料, 以拓展设计空间, 实现结构拓扑优化模型与尺寸优化模型的统一和连续化。以二维连续体为例 (图1) , 其数学模型为:

微结构的密度为:

均匀化方法的数学模型为:

约束条件为:

在上述模型中, 式 (2) 以结构的变形能作为优化目标, 以微结构的尺寸为优化设计变量;约束条件 (3) 根据虚功原理, 以结构的静力平衡作为约束条件;约束条件 (4) 考虑到优化后的体积一定不大于初始体积;约束条件 (5) 假设了材料特性与密度的关系。

2 无梁楼盖拓扑优化

拓扑优化模型为柱间距为9m×9m的单跨无梁楼盖, 楼板厚度为300mm。混凝土等级为C30;弹性模量为3.0×1010N/m2;泊松比为0.2;恒荷载为2.0×103KN/m2;活荷载为3.5×103KN/m2, ;结构自重由软件自动生成, 密度为2500kg/m3。无梁楼盖采用柱支撑和承重墙支撑两种形式, 柱截面尺寸为600mm×600mm, 承重墙厚度为300mm。

ANSYS通用有限元软件[2]提供拓扑优化技术, 采用的是均匀化方法。用ANSYS对上述两种支撑的实心无梁楼盖进行拓扑优化。采用SOLID95单元;单元网格尺寸约为200mm×200mm×100mm;优化精度准则设为0.0001;优化循环迭代次数设为40;体积缩减率为60%;目标函数为楼盖结构的变形能达到最小, 即刚度最大;柱和承重墙为非优化区域。拓扑优化结果见图2~3。

观察单元伪密度云图可知, 两种支撑的无梁楼盖具有如下共同点:其一, 上、下表层保留绝大部分单元, 伪密度在0.1~1之间, 说明上、下层混凝土单元变形能之和较大, 优化时应该尽量保留;其二, 中间层绝大部分单元在0~0.1之间, 说明中间层单元变形能之和较小, 优化时应尽量挖空, 形成空腔。

伪密度在0.889~1之间的单元构成拓扑结构的骨架, 其骨架存在明显差异:其一, 柱支撑楼盖的上、下表层骨架呈四角星, 承重墙支撑无梁楼盖的上、下表层骨架呈八边形;其二, 柱支撑楼盖的中间层骨架由柱端沿对角线延伸, 承重墙支撑楼盖的中间层骨架沿楼盖中线延伸, 因此, 柱支撑无梁楼盖的加劲肋宜沿楼盖对角线布置, 承重墙支撑无梁楼盖的加劲肋宜沿楼盖中线布置。

参考文献

[1]Bendsoe M P, Kikuchi N.Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method[J].Computer Methods, 1988, 71.

无梁楼盖体系的几种常用计算方法 篇7

关键词：无梁楼盖,等效刚度,弯矩调整

1 双向板无梁楼盖的优点

双向板无梁楼盖的优点是结构体系简单, 传力途径短捷, 增加了楼层净高, 在施工时可以节约模板;但需要较厚的楼板, 混凝土及钢筋用量较大。常用于车库、商店、图书馆等要求充分利用楼层空间的建筑。

2 双向板无梁楼盖的受力特点

一般框架结构的柱和梁大体等宽, 可以认为柱和梁间可以直接传递弯矩、剪力和轴力。而无梁楼盖和柱为等代框架的情况却有所不同, 由于它的“扁梁”的宽度大大超过柱宽, 故仅有一部分荷载 (大体相应于柱宽的那部分荷载) 产生的弯矩可以通过板直接传给柱, 而其余部分都要通过扭矩进行传递;这时可以假设柱两侧与柱等宽的板为扭臂, 柱宽以外的那部分荷载使扭臂受扭, 扭臂又将这些扭矩传递给柱, 使柱受弯矩。

3 双向板无梁楼盖的几种计算方法及注意点

3.1 经验系数法

仅适用于垂直荷载下板的内力计算, 具体计算可参考《钢筋混凝土升板结构技术规范》。采用此法时应特别注意这种计算方法的适用条件。

3.2 等代框架法

3.2.1 等代原则:

对于垂直荷载, 认为是作用在板上, 柱是板的约束者, 因而在垂直荷载作用下, 等代框架梁截面惯性矩取截面宽度为全板宽, 厚度取板厚;至于等代框架柱, 则认为是将柱的受弯变形与柱扭臂的受扭变形串连工作的等效结果, 因此应对柱的实际截面惯性矩进行折减。对于水平荷载, 认为是作用在框架节点上或者说作用在柱端上, 板是柱的约束者, 因而在水平荷载作用下, 等代框架柱的截面惯性矩取实际柱截面, 至于等代框架梁, 则认为是将柱扭臂的受扭变形与板的受弯变形串连工作的等效结果, 因此取等代框架梁截面惯性矩应取宽度为小于全板宽。

3.2.2 计算方法。

3.2.2.1垂直荷载作用下。a.等代框架的梁计算宽度, 可取垂直于计算跨度方向的两个相邻区格板中心线之间距离;等代梁高度取板厚。b.柱的采用折减后的等效抗弯刚度, 具体计算可参《双向板无梁楼盖》。c.应考虑活何载的不利组合。3.2.2.2水平荷载作用下。a.等代框架的梁计算宽度, 取by=1/2 (lx+bce) , by=3/4ly的较小值;式中:by为等代框架梁的计算宽度;lx、ly为两个方向的跨度, bce为柱帽的有效宽度;等代梁高度取板厚。b.柱的截面惯性矩按实际柱截面计算。3.2.2.3垂直荷载作用下计算的各截面弯矩在柱上板带和跨中板带的分配比例如表1。3.2.2.4水平荷载作用下计算的弯矩均分配给柱上板带。

3.2.3 计算中需注意点。

3.2.3.1以上等代框架法仅适用与板区格的长边比短边之比小于2。3.2.3.2在进行等代框架计算时应注意单向加全载即在分别进行纵、横向的等代框架计算时均应施加全部荷载。3.2.3.3当有柱帽时, 应按《钢筋混凝土升板结构技术规范》进行带刚域梁、柱线刚度修正, 采用等效刚度, 即等效为等截面梁、柱进行计算。3.2.3.4应考虑有柱帽时, 对板的计算跨度减小的影响。

3.3 利用PKPM系列软件中的SATWE进行计算方法

3.3.1 计算方法。

3.3.1.1 PMCAD人机交互式输入。a.在需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100*100的矩形截面梁 (虚梁) 。b柱和板按一般方法输入。3.3.1.2 SATWE进行整体计算。a.在特殊构件定义里必须将板定义为弹性板六, 使其真实地反映板平面内、外的刚度。b.在计算方法中必须选择“算法二”即总刚算法进行计算。c.在PMCAD建模后接SATWE进行整体计算, 最后接SATWE软件中的“复杂楼板有限元计算”Slab-CAD模块进行楼盖的分析计算。

3.3.2 计算中需注意点。

3.3.2.1用SATWE进行整体计算时, 因无法考虑柱帽的影响, 因此当有柱帽时SATWE结构整体计算结果中抗侧刚度偏小, 从而引起结构地震周期偏长, 地震力偏小, 位移偏大。建议利用TAT进行结构整体计算作为参考, 利用TAT计算应按《钢筋混凝土升板结构技术规范》进行带刚域梁、柱线刚度修正, 采用等效刚度, 考虑柱帽影响。通过对SATWE周期折减系数再乘以一个折减系数, 从而使地震力接近TAT计算结果;位移控制可参照TAT的计算结果, 适当放松。3.3.2.2使用Slab-CAD模块进行计算时应特别注意, 因Slab-CAD模块无法进行活载不利分布计算, 以至于板的跨中弯矩包络图比考虑活载不利分布计算时的弯矩包络图偏小, 特别是当活载在垂直荷载中所占的比例较大且柱相对梁的刚度较弱时, 表现更为明显。因未考虑活载不利分布, 会导致板正弯矩抗力设计偏小, 以至在使用时挠度过大和裂缝过宽, 使其不满足正常使用极限状态下要求。所以必须对Slab-CAD计算结果中的板跨中弯矩进行放大, 放大系数确定建议采用如下方法之一:a.利用等代框架法建立一榀代表性排架, 分别按恒活分开输入计算和把活载折算成恒载与恒载一起输入计算, 比较两种计算结果, 确定合适的放大系数。b.利用《双向板无梁楼盖》提供的设计正弯矩增大系数公式计算δs=1+ ( (2-βa) / (4+βa) * (1-αc/αc, min) ;其中δs为正弯矩增大系数, βa为恒载与活载比值, αc为柱的相对抗弯刚度, αc, min为此书中提供最小柱的相对抗弯刚度, 具体计算详此书。c.本人曾按前两种方法分别计算一榀框架:三层, 每层五跨, 边柱450x450, 中柱500x500, 梁3000x200, 恒载7KN/m2、活载20KN/m2。按恒、活分别输入计算的截面弯矩与只输入按恒载 (7+20*1.4/1.2) 输入计算的截面弯矩的比值见表2。可见按中间支座增大平1.07, 中间跨中增大平均1.26;如果取二层中间柱利用公式计算δs=1.26, 考虑正弯矩可适当超应力, 所以两种结果都可行。3.3.2.3在对梁端弯矩放大同时, 也应相应放大柱端的弯矩以保证弯矩平衡。3.3.2.4应注意Slab-CAD计算参数设定中, 板顶设计弯矩的调整系数, 只对负弯矩调整, 没有相应调整正弯矩。

结束语

综合上面的几种计算方法, 及本人的计算比较, 建议在满足经验系数法适用条件要求时, 宜优先选用经验系数法, 因其计算简单明确;在不能满足经验系数适用条件时建议选用PKPM系列软件中的SATWE进行计算, 因其计算较为精确, 但要特别注意, 其在整体计算中无法考虑柱帽影响和在Slab-CAD板计算中无法进行活荷载不利分布。抗震地区, 因板柱节点较弱, 应按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定应设抗震墙, 形成板柱-抗震墙结构, 且抗震墙应承担全部地震作用, 各层板柱部分应满足计算要求, 并应能承担不少于各层全部地震作用20%。本文中不足之处请希望各位提出宝贵意见。

参考文献

[1]钢筋混凝土升板结构技术规范 (GBJ130-90) .

[2]朱聘儒.双向板无梁楼盖[M].北京:中国建筑工业出版社.

[3]建筑抗震设计规范GB50011-2010.

论无梁楼盖设计关键点 篇8

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412, 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

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[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.