无梁楼盖现浇钢筋混凝土结构设计分析

摘要：现浇钢筋混凝土空心板无梁楼盖作为新生产物，设计人员对它的性能不甚了解，盲目加大钢筋用量，不仅造成材料的浪费，而且增加了布筋的复杂程度。因此探索合理的计算模式对正确地进行设计，保障建筑结构的安全使用，将起非常重要的作用。本课题运用探讨空心板无梁楼盖计算模式，对现浇钢筋混凝土空心板无梁楼盖科学设计，将具有重要的意义，
　　关键字：现浇空心板无梁楼盖计算方法
　　
　　近年来，随着楼宇建设水平的提升，对楼盖体系的各项要求也越来越高，尤其要求楼盖结构层高度小、楼板跨度大、自重轻等，这就促使一些专家学者致力于研究新的、适用的、技术经济效果更好的楼盖体系，现浇钢筋混凝土空心板无梁楼盖就是应运而生的一种无梁楼盖体系。它是一种平板无梁楼盖，在柱上设有双向暗扁梁，暗扁梁的高度与板厚相同，板格内按一定水平距离预埋空心圆筒，板内钢筋的配置、构造措施等与钢筋混凝土双向板类似，在浇注完混凝土后，即形成钢筋混凝土空心板梁楼盖。这种楼盖在己陆续投入一些实际工程的使用，取得了一定的社会效益和经济效益。
　　1无梁楼盖计算方法
　　（1）等效框架法
　　双向板无梁楼盖和框架柱一起构成一个三维空间结构，对经常采用的双向板无梁楼盖框架体系，目前己有较完善的实用计算方法。实用计算方法的基础是将三维的无梁楼盖框架体系简化为一个二维平面框架，称为等效框架。双向板无梁楼盖框架体系是一种板柱框架体系，将其化为一个一般框架的关键问题是将板视为框架横梁，横梁的宽度取两跨板中到中的距离。
　　无梁楼盖框架体系转化为等效框架后，就可以采用结构力学中解框架的方法，解出板与柱中的弯矩，再将板中的弯矩分配给柱上板带和跨中板带。
　　等效框架在重力荷载作用下不产生侧移，可以像普通框架一样采用分层法将等效框架分成单层计算，每层上下柱的远端视为嵌固端。对于五层以下的无梁楼盖框架，不计算水平风荷载对板中内力的影响是合理的。因为在计算风荷载时，除了恒载不变外，风荷载和活荷载都要乘以0.9的组合系数，这样算得的结果往往比只考虑垂直荷载时的内力还要小，即使略大，也很有限。所以对于不须抗震设防的高度较低的无梁楼盖框架结构，将其视为无侧移的框架，计算是相当简单且合理的。
　　等效框架在地震作用、风荷载等水平荷载作用下，结构将产生侧移。计算地震作用时假设板在平面内的刚度为无穷大，在普通的梁柱框架结构中，柱通过梁与板连接，梁柱之间的刚度比并不特别显著，但在地震作用下，仍然会发生柱头受剪破坏。平板无梁楼盖的柱直接与板相连，板柱之间的刚度比很大，容易发生柱头受剪破坏，所以一般认为无柱帽的平板无梁楼盖在地震作用下是很不利的，不宜用于有侧移的情况。
　　（2）经验系数法
　　经验系数法是一种简化的等效框架法，它的来源是选择一个最简单规则的等效框架，算出各处的弯矩值，然后在误差允许的范围内推广使用这些数值。所以使用经验系数法设计结构时，结构必须满足一系列的条件，我国《钢筋混凝土升板结构设计规范》(GBJ130-90)中给定的限制条件为：
　　(1)活荷载为均布荷载，且不大于恒荷载的三倍；
　　(2)在使用阶段每个方向至少有三个连续跨；
　　(3)任一区格的长边与短边之比不应大于1.5；
　　(4)在同一方向上的最大跨度与最小跨度之比不应大于1.2。
　　满足了第((2)，(4)两个条件，则连续平板跨数较多而且接近于等跨；在加上第(1)个条件，即近似地免去了荷载组合。这样在垂直均布荷载作用下，中柱就近似于中心受压。所以这个最简单规则的等效框架的中支座可以视为铰接，只是边柱刚度的影响不可以忽略。
　　在经验系数法中，总设计弯矩M。是一个重要的概念，总设计弯矩M。是一个计算弯矩的单元，它的大小等于简支梁的跨中弯矩。对无柱帽的无梁楼盖，我国《钢筋混凝土升板结构设计规范》(GBJ130-90)中规定：
　　(1)
　　式中l1一弯矩方向的跨度；
　　l2一垂直弯矩方向的宽度。
　　经验系数法计算出的控制截面弯矩在跨中板带、柱上板带的分配比例和等效框架法是一样的，将各个截面的弯矩与弯矩横向分配比例系数相乘，就得到了不同板带不同截面的设计弯矩值。
　　2工程实例
　　2.1工程概况
　　某教学楼为框架结构,其中地下1层,地上6层,北侧长60.0m,西侧长70.0m,宽约16m,呈“L”型,总建筑面积12000m2。北侧东部为6层阶梯教室,跨度尺寸为15m×15m,以下仅介绍该工程阶梯教室段的大跨度楼板采用现浇混凝土空心无梁楼盖技术(GBF高强薄壁管)的设计计算方法。
　　2.2结构方案
　　该工程建筑场地土为中软场地土,场地类别Ⅲ类,抗震设防烈度为8度,设计地震加速度值0.20g。由于建筑使用功能上的需要,该工程跨度大而梁高又受到限制,荷载较大,为解决这些问题,采用了现浇混凝土空心无梁楼盖技术。
　　3结构设计计算方法
　　考虑上下翼缘的空心楼板按等刚度的原则代换成同厚实心板的宽度可按乘折减系数0.7估算。实际输入计算程序中的梁截面尺寸为5550mm×600mm,算得配筋结果即为柱上板带楼板的配筋,按《升板规范》此配筋应均匀分布在柱上板带的范围内,采用空心楼盖体系则集中配置在暗梁内,通常取此配筋的70%分配到暗梁内,此计算配筋结果的70%按一排布筋所需要的合适宽度即为暗梁的宽度。楼板的计算按跨中板带简化成“#字形次梁计算,以该工程来说,次梁把15m等分为6格输入电算程序中实心次梁宽度取:
　　（跨中板带宽度/5）×刚度折减系数=次梁宽度。其中,刚度折减系数沿顺管方向及垂直管方向计算。
　　以顺管方向为例,600mm厚空心楼板的刚度折减系数计算:
　　I=550×6003/12-0.0491×5004=6,831,250,000
　　按等刚度的原则代换成同厚度的矩形截面,矩形截面宽度为:B=12×I/6003=380mm顺管方向550mm宽度的空心楼板等刚度代换成矩形实心截面时,其刚度折减系数为:
　　r=380/550=0.691
　　该工程15m×15m其跨中板带的宽度为7.5m,顺管方向按等刚度的原则代换成实心矩形截面的宽度即为7500×0.691=5183mm。分成五根次梁后每根次梁的宽度为1037mm。垂直管方向仅考虑楼板上下翼缘的刚度,其刚度折减系数也可按上述方法得出,两方向刚度相差不到10%,在垂直管方向也可算得五根次梁的宽度。计算后得五根次梁的配筋结果相加之后分配到跨中板带范围内即为楼板的配筋:
　　B=(As1+As2+As3+As4+As5)/5
　　4体系构造措施
　　因为无梁楼盖与一般梁板结构在形式上有较大的区别,因此存在某些特殊的构造要求。对于该工程具体要求如下：
　　⑴框架暗梁宽度不宜大于柱宽+3倍暗梁高度；框架暗梁纵筋应一排放置,且应保证不少于50%的纵筋穿过柱子；框架暗梁支座纵筋在梁跨度的1/3和1/4处分两次截断；框架暗梁梁端箍筋加密区长度抗震等级二、三级取2.0h,一级取2.5h,且应满足楼板抗冲切及抗扭验算要求；暗梁内箍筋闭合处应设置在混凝土受压区内。
　　⑵楼板中GBF管净距取50mm；GBF管顶管底混凝土厚取0.1h～0.2h(h为板厚),且不少于40mm,对于有暗埋线管的楼面不得少于50mm；GBF管离梁边预留孔洞边应不少于50mm；空心楼板中给排水管预留洞、烟道预留洞处GBF管断开,板钢筋绕预留洞伸入支座,对于钢筋无法绕过预留洞的可将钢筋切断,但应在预留洞两边补足钢筋,且伸入支座；卫生间楼板下凹时,则在凹板边设暗梁,与GBF管平行的暗梁伸至框架梁支承,另一方向设至凹板边,凹板用吊梁支承。
　　5.小结
　　钢筋混凝土无梁楼盖是一种比较成熟的楼盖体系，一般包括带柱帽的无梁楼盖、平板无梁楼盖和密肋无梁楼盖等形式。但是以上无梁楼盖形式各有其弱点，带柱帽的无梁楼盖布筋、施工复杂；平板无梁楼盖本身较厚、自重大，钢筋用量比一般梁板式楼盖增加35%，楼盖自重大对抗震不利，基础、柱的材料用量都相应增大；密肋无梁楼盖的施工较为复杂。无梁楼盖的这些弱点制约了它在实际工程上的使用，以致梁板式楼盖仍然是目前最为常用的楼盖体系。作为一种新型的无梁楼盖形式，对浇钢筋混凝土空心板无梁楼盖的研究，是无梁楼盖应用中的一个新的研究方向，其研究成果具有重要的经济价值和社会意义。目前，此方面的研究还处在理论研究阶段，对许多问题尚待进一步的探索。
　　
　　
　　
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