關(guān)于薄壁箱體現(xiàn)澆混凝土空腹樓蓋設(shè)計要點的探討

原 雪

（吉林化工學(xué)院 吉林吉林 132000）

STRAT軟件是自主開發(fā)、具有完全知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)大型通用有限元軟件。在以往的工程設(shè)計中，由于所用軟件的限制，設(shè)計師通常將空腹樓蓋簡化成等代梁，用等代梁法進行配筋計算，這樣的處理方式會導(dǎo)致空腹樓蓋將采用梁式樓蓋的方式采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，而空腹樓蓋原本應(yīng)該采用板式樓蓋的方式進行相應(yīng)的設(shè)計配筋，所以這種模型的影響，會造成兩者之間有較大的差異，本文采用的STRAT軟件針對這種設(shè)計的困境，為薄壁箱體空腹樓蓋的計算模型提供了強大的技術(shù)支持。它利用強大的圖形處理能力，運用有限元的思想，基于板式樓蓋受力島的設(shè)計理念，將薄壁箱體空腹樓蓋的板單元進行整體細(xì)分，專門開發(fā)了體現(xiàn)板式樓蓋受力特點的系列的實用方法[1]。

STRAT軟件對于薄壁箱體混凝土空腹樓蓋專門開發(fā)了專用的各向異性板單元，由于軟件是以超元為基礎(chǔ)，可以進行活荷載不利布置的受力分析。對于薄壁箱體而言，內(nèi)置箱體的肋梁寬度、內(nèi)模箱體的具體尺寸都是影響空腹樓蓋受力性能的關(guān)鍵參數(shù)，如果只是簡單的等代成實心板或采用等代梁法，必然會影響計算結(jié)果的精度。STRAT軟件針對上述問題，開發(fā)出相應(yīng)的功能，可以按照具體的肋梁寬度和內(nèi)模尺寸進行準(zhǔn)確計算，計算結(jié)果包括薄壁箱體空腹樓蓋具體的撓度和彎矩值以及相應(yīng)的配筋面積，對于工程設(shè)計而言，更具有實用性。

1 薄壁箱體空腹樓蓋設(shè)計要點

薄壁箱體現(xiàn)澆混凝土空腹樓蓋雖然內(nèi)置了很多空心的混凝土內(nèi)模，但其實質(zhì)仍屬于板式樓蓋的范疇，另外，薄壁箱體空腹樓蓋的肋梁寬度，肋梁高度，上下實心板厚度，邊梁寬度等樓板參數(shù)都將影響其受力性能。下文將結(jié)合板式樓蓋的受力特點和薄壁箱體空腹樓蓋各個參數(shù)的影響規(guī)律，探討其按照板式樓蓋的內(nèi)力分布進行設(shè)計和配筋的要點。

1.1 肋梁布置

對于薄壁箱體混凝土空腹樓蓋而言，以往的工程設(shè)計中，其通常被簡化成兩種模型，一種是梁式樓蓋，一種就是實心板?？梢哉f，這兩種簡化方式都不能很好的替代薄壁箱體空腹樓蓋的計算模型，因為這種模型實際上是介于上述兩種模型之間，但更貼近于實心板的一種結(jié)構(gòu)形式。而設(shè)計普遍采用的次梁模擬肋梁的方式通常會忽視兩方面的內(nèi)容：

（1）忽視上下實心板對空腹樓蓋的有利作用，尤其是跨中的板底鋼筋；

（2）當(dāng)柱頂設(shè)置柱帽時，將忽視柱帽對結(jié)構(gòu)的有力作用，從而導(dǎo)致計算的彎矩值和剪力值偏大，加劇了配筋數(shù)量，造成相應(yīng)的浪費[2]。

以往的設(shè)計經(jīng)驗可得，對于靠近空腹樓蓋邊梁的第一根肋梁，在設(shè)置柱帽的樓蓋中應(yīng)于樓蓋直接相連。同時在這種結(jié)構(gòu)中，柱帽還可以放置肋寬范圍內(nèi)無法完全放置的支座負(fù)筋。另外，薄壁箱體空腹板的肋梁寬度，肋梁間距這兩個參數(shù)的變化對其受力的計算結(jié)果并沒有產(chǎn)生較大波動，所以，在實際設(shè)計中，肋梁寬度，肋梁間距可以在一定范圍內(nèi)小幅變動。但是，對于結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的應(yīng)力集中的地方，應(yīng)該適當(dāng)增加空腹板的肋梁寬度，目的在于較寬的肋梁可以設(shè)置更多的鋼筋，以免發(fā)生偶然外力過大的情況，應(yīng)力集中的部分會先于其他地方發(fā)生破壞。

對于設(shè)置柱帽的建筑結(jié)構(gòu)，筆者建議設(shè)計師可以在柱帽四周澆筑與空腹樓蓋相同厚度的實心樓蓋區(qū)域，因為柱帽四周部位由于混凝土板厚的突然變化會帶來不可避免的應(yīng)力集中的問題，但如果將應(yīng)力集中的部位澆筑成實心樓蓋，將會顯著減弱這種不利影響，對結(jié)構(gòu)安全十分有利。

1.2 邊梁空腹小板受力性能

薄壁箱體混凝土空腹樓蓋設(shè)置暗梁時，其設(shè)置高度與空腹板相同。而實際在受力分析上，可以將暗梁看成空腹板的邊界，但由于暗梁高度較小，與主梁的區(qū)別較大，無法起到主梁的作用。所以，在空腹板內(nèi)設(shè)置暗梁，配筋不能按照主梁來配，具體數(shù)值還要通過計算確定。所以，一般的做法是，空腹板的樓板負(fù)筋可以通長配置。

（1）柱帽范圍內(nèi)，肋梁、暗梁以及肋間板塊的鋼筋分配

有限元軟件通過建模進行計算，設(shè)計師運用計算結(jié)果對其進行配筋，在空腹板的配筋上，本文建議將盡量多的鋼筋配置在空腹板肋寬的范圍之內(nèi)，對于板頂?shù)呢?fù)筋而言，其深入支座的負(fù)筋長度可以進行相應(yīng)的計算，計算出來的結(jié)果需要標(biāo)注在相應(yīng)的肋梁上，并盡量采用相同的規(guī)格。當(dāng)空腹板跨度較小時，其肋梁頂部的鋼筋盡量考慮通長配置。對于肋梁內(nèi)配置的箍筋，應(yīng)該盡量選用相同規(guī)格的鋼筋，并統(tǒng)一標(biāo)注。但如果肋梁兩端受力很大時，肋梁端部的箍筋面積必然大于中間部分，所以實際必須分開標(biāo)注，應(yīng)該關(guān)注的是端部所配置的箍筋面積需要標(biāo)明配置長度，可以實際指導(dǎo)施工。而對于靠近邊梁的肋梁，由于通常與柱帽連接，其端部的剪力會比較大，所以在這些部分，箍筋面積可以適當(dāng)增加，并進行加密。

對于柱帽范圍內(nèi)的暗梁而言，其柱帽寬度范圍內(nèi)的鋼筋，應(yīng)加上凈空內(nèi)的20%。柱帽肋間板需要扣除暗梁、柱帽內(nèi)肋梁的鋼筋后的剩余值[3]。

（2）大跨度薄壁箱體空腹板

樓板的厚度通常由跨度決定，而其跨度越大，通常樓板的厚度就越厚，那么對于這種大跨度結(jié)構(gòu)，空腹板在保證樓板剛度的前提下，可以很好的解決常規(guī)的實心板自重大的問題，非常適合大跨度結(jié)構(gòu)。在實際的應(yīng)用中，大跨度樓蓋結(jié)構(gòu)通常收到其撓度的限制，施工中解決的通常做法就是預(yù)設(shè)起拱。另外，大跨度的薄壁箱體空腹板通常需要在兩個方向上通長配置鋼筋。其底部的鋼筋盡量采用同一規(guī)格，并且采用受拉搭接或機械連接。

2 柱帽設(shè)計

在空心樓蓋的設(shè)計中，設(shè)置柱帽是常規(guī)的做法，因為這種設(shè)計可以在柱端的一定范圍內(nèi)形成樓蓋的加強帶，這種加強帶可以叫做樓蓋的受力島，樓蓋在這些部位的加強，可以改善其受力性能，增加空腹板的延性，從而有效的控制配筋量，進一步提高空腹樓蓋的抗側(cè)剛度。柱帽的設(shè)計對于薄壁箱體空腹樓蓋來講，優(yōu)勢更加明顯，因為對于這種樓蓋而言，往往不會設(shè)置較寬的肋梁高度。但由于上部荷載的作用，柱子對樓板的沖擊力又較大。所以，在柱子頂部設(shè)計柱帽會提高整個樓蓋的抗沖切性能，柱帽的好處還在于，可以放置肋梁中無法全部放置的鋼筋。

那么，如何設(shè)置柱帽呢？柱帽的尺寸通常有很多因素決定，包括所受荷載的大小、空心樓板的厚度和空腹板的形式等。所以，在進行柱帽設(shè)計時，設(shè)計師要綜合考慮上述影響因素。初步設(shè)計時，柱帽的外伸長度可以跨度的1/8進行初步估算，如果兩個方向上的跨度不同，可以取長跨的1/8長度進行設(shè)計。如果設(shè)計師考慮減少混凝土的用量，可以將柱帽設(shè)計成變厚度的形式，即階梯型柱帽。但是對于大厚度的空心板而言，采用等厚度或是變厚度的柱帽，則需要共同考慮柱帽剛度和配筋總量等很多因素。

（1）計算模型

柱帽由于其內(nèi)部受力復(fù)雜，在以往的設(shè)計中選取模型時，計算結(jié)果容易失真，針對柱帽這種復(fù)雜的受力狀況，STRAT軟件開發(fā)了單獨的設(shè)計模塊，可以為柱帽單元獨自增加網(wǎng)格數(shù)量，更加準(zhǔn)確的計算柱帽的受力狀態(tài)，最后的計算結(jié)果更接近真實情況，設(shè)計師可以依據(jù)軟件的計算結(jié)果直接進行相應(yīng)的配筋。

（2）配筋設(shè)計

對于設(shè)置柱帽的樓蓋結(jié)構(gòu)進行配筋時，應(yīng)該對配筋結(jié)果進行相應(yīng)處理，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)歸并。針對柱帽鋼筋的分布特點，在柱寬范圍和柱肩范圍應(yīng)該分別選筋配置，暗梁的支座負(fù)筋可以取柱寬范圍內(nèi)柱邊最大值，沿鋼筋的布置方向取峰值，而配置柱肩范圍的鋼筋則應(yīng)該結(jié)合肋梁的鋼筋布置確定，并沿鋼筋橫向取平均值。柱寬范圍及柱肩范圍的鋼筋長度均應(yīng)該滿足實際分布范圍的要求并保證足夠的錨固延伸長度。為了確保柱帽四周的肋間面板與柱帽鋼筋能夠有效的錨固，應(yīng)將其面板加厚。

3 暗梁設(shè)計

空腹樓蓋的實際設(shè)計中，暗梁也是通常會采用過得加強樓蓋剛度的做法，暗梁的設(shè)計可以增加柱子之間的相互連接，另外，除了柱帽以外，暗梁在增加空腹板的抗沖切性能提高上也有一定的作用。所謂暗梁，就是指厚度與樓蓋相同，但局部增加很多鋼筋，以期達到梁的某種效果，但實際上，由于高度的限制，即使按照框架梁的鋼筋配置在暗梁內(nèi)部，暗梁的受力性能還是與框架梁相差很多。所以更準(zhǔn)確的解釋是，暗梁在受力性能的表現(xiàn)上更像是一個加強的板帶。所以設(shè)計師在設(shè)計時還是要根據(jù)加強板帶的概念采取相應(yīng)的措施。“暗梁”的寬度一般取柱寬及柱兩側(cè)各不大于1.5倍板厚。另外，還有一種暗梁稱為加厚暗梁，例如比連接的空腹板厚100～200mm，雖然此種暗梁仍然與一般意義的主梁有差別，但在一定程度上起到加強板帶的作用，但此種方法效果不明顯，適用范圍比較局限。

（1）計算模型

計算中采用板單元的形式，暗梁中線應(yīng)參與單元網(wǎng)格的劃分。

（2）配筋設(shè)計

對于連接空腹板的暗梁，其梁內(nèi)部的鋼筋，包括自身寬度內(nèi)及其與肋梁之間面板的鋼筋。為了改善空腹板的抗震性能，暗梁需要按照主梁的規(guī)定進行抗震構(gòu)造措施的設(shè)計，區(qū)別于按照梁跨度來確定主梁的鋼筋，暗梁則是按照計算結(jié)果確定其支座負(fù)筋的長度，這是因為梁式樓蓋的負(fù)彎矩的分布比板式樓蓋的分布范圍大，導(dǎo)致框架主梁的負(fù)筋長度比暗梁大。但是，對于設(shè)置柱帽的樓蓋結(jié)構(gòu)，剛度的變化又可能使暗梁的支座負(fù)筋的長度比框架主梁大一些，所以單純按照跨度來確定主梁的方式對于暗梁的設(shè)計是不全面的。