某現(xiàn)澆大跨度空心板樓蓋設(shè)計(jì)應(yīng)用探討

高 彩 霞

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

1 樓蓋結(jié)構(gòu)選型

某會(huì)所工程頂層為多功能會(huì)議中心，局部要求24.3 m×18 m的大空間，層高6.6 m，要求建筑裝修與結(jié)構(gòu)屋面構(gòu)件總高度不得大于1 m。

根據(jù)各形式樓蓋結(jié)構(gòu)的受力特性，結(jié)合具體情況，依據(jù)跨度、荷載、適用范圍、凈高要求等進(jìn)行方案比選。方案1：井字梁結(jié)構(gòu)樓蓋，梁高取值約為0.9 m～1.2 m。方案2：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋面，估算高度取0.9 m～1.2 m，屋面為輕型彩鋼板+保溫。方案3：?jiǎn)蜗蜾摿?輕型屋面，鋼梁高度常取0.9 m～1.4 m。方案4：現(xiàn)澆空心板樓蓋結(jié)構(gòu)形式，板厚可取600 mm(L0/30)。

經(jīng)分析比較，第1～3方案均不能滿足建筑凈高的要求，第2,3方案不能達(dá)到上人屋面的要求，確定采用第4方案，該結(jié)構(gòu)可滿足建筑凈高要求，綜合總價(jià)也相對(duì)較低。

結(jié)構(gòu)布置見圖1。

2 現(xiàn)澆雙向空心樓板的設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)荷載

恒荷載4 kN/m2,活荷載2 kN/m2。

2.2 截面參數(shù)選取確定

板長(zhǎng)24.3 m，寬18 m，長(zhǎng)寬比1.35，可按照雙向板要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于樓板跨度較大，截面高度選取一般由強(qiáng)度與撓度控制。中部空心板厚600 mm，周邊實(shí)心板厚700 mm；該空心板受力機(jī)理基本等同于實(shí)心板。板厚較大時(shí)，周邊梁柱支承構(gòu)件多數(shù)達(dá)不到如普通樓板計(jì)算假定的完全固結(jié)邊界，設(shè)計(jì)建議板周邊約束梁寬不宜小于400 mm，梁高不宜小于2倍板厚。

鑒于多因素分析，大跨度雙向板的彎矩取值宜借助有限元軟件進(jìn)行整體建模分析提取內(nèi)力，分析時(shí)板應(yīng)按照彈性板計(jì)算假定，板面荷載傳遞應(yīng)采用有限元方式，這樣能夠真實(shí)考慮周邊梁柱約束的剛度，且可復(fù)核大板對(duì)支承柱的影響，避免不安全的隱患。建模時(shí)為方便計(jì)算，空心板厚宜按照抗彎剛度相等原則折算為實(shí)心板厚，但應(yīng)注意自重的取值；或采用規(guī)范方法折算板材料彈性模量的等厚度實(shí)心板。經(jīng)計(jì)算分析后，便可在分析結(jié)果中提取相關(guān)內(nèi)力，復(fù)核配筋與撓度。

2.3 內(nèi)力與配筋計(jì)算

1)根據(jù)截面選取，空心板厚為600 mm；上下翼緣板厚為100 mm；內(nèi)置填充箱為700 mm×700 mm×400 mm,如圖1b)所示。

2)計(jì)算原則確定。

板厚600 mm，空心區(qū)域雙向肋寬與間距均相同，板肋間距950 mm，小于2倍板厚，上下翼緣板厚均為100 mm，可視為各向同性的樓板，可滿足規(guī)范規(guī)定的擬板法計(jì)算條件。由于該工程僅為單跨度厚板(長(zhǎng)向兩端為普通樓板)，不能滿足規(guī)范經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法的適用條件(連續(xù)板跨)。板內(nèi)力計(jì)算通過整體有限元建模分析，考慮空間的周邊構(gòu)件的實(shí)際抗扭剛度確定板在給定荷載下的內(nèi)力。

3)等效荷載及折算剛度。

空心板計(jì)算單元可簡(jiǎn)化為工字形截面(如圖1b)所示)，計(jì)算單元的截面慣性距I=1.337×1010mm4,折算成相同抗彎剛度的實(shí)心板厚h=553 mm，按相同剛度折算板厚計(jì)算時(shí)，需考慮將容重改為18 kN/m3(該空心板抵抗彎距的作用與同樣尺寸的實(shí)心板截面基本相同，下降約8%；相同自重折算厚度h=383 mm，自重減輕35%)。

4)有限元內(nèi)力分析與截面復(fù)核計(jì)算有限元分析中假定彈性板設(shè)置，考慮真實(shí)支承梁柱面外約束。計(jì)算分析內(nèi)力介于四邊簡(jiǎn)支與固定范圍間，手工計(jì)算時(shí)無適用的表格。

參考《地基規(guī)范》基礎(chǔ)底板抗沖切承載力、受剪切承載力計(jì)算公式：

實(shí)心區(qū)域樓板抗沖切承載力[V]=53 268 kN≥Fl=7 462 kN，滿足規(guī)范要求；

空心區(qū)域樓板抗沖切承載力(僅考慮肋梁抗沖切)[V]=10 745 kN≥Fl=6 670 kN，滿足規(guī)范要求。

斜截面受剪承載力取不利段的空心區(qū)(抗剪僅考慮肋梁、未考慮箍筋及樓板)為例：

[Vs]=2 828 kN≥Vs=2 046 kN，滿足規(guī)范要求。

實(shí)心區(qū)及邊梁抗扭計(jì)算，抗扭剛度Wt=1.978 mm3×108mm3。篇幅限制，抗扭配筋等計(jì)算從略。

撓度變形計(jì)算：考慮空心效應(yīng)與荷載長(zhǎng)期作用影響的剛度，最大撓度值可減去起拱值。經(jīng)計(jì)算最終撓度值為l0/474≤l0/300，滿足規(guī)范的限值。

3 構(gòu)造措施與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1)超大跨度板設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)受力特性要求，設(shè)計(jì)時(shí)需將周邊設(shè)置較大剛度的梁與一定寬度的實(shí)心板區(qū)(寬度不宜小于1.5倍板厚)，加強(qiáng)角部的配筋及實(shí)心范圍；提高梁對(duì)板的扭轉(zhuǎn)約束，板面有高差時(shí)應(yīng)設(shè)斜坡段平緩過渡，避免應(yīng)力集中。

2)板跨度較大時(shí)，構(gòu)造肋梁的寬度不宜小于200 mm，并配置構(gòu)造箍筋，荷載較大的空心區(qū)肋梁端部箍筋可適當(dāng)加密，增加抗剪承載力。上下翼緣板鋼筋宜雙向貫通設(shè)置。

3)配筋時(shí)跨中區(qū)域宜適當(dāng)乘以增大系數(shù)，增加縱筋減小撓度與裂縫。支承邊柱配筋應(yīng)根據(jù)計(jì)算調(diào)整配筋。

4)等效為實(shí)心板設(shè)計(jì)時(shí)，空心板肋梁間距宜小于2倍板厚，上下翼緣的板厚不宜小于70 mm，雙向剛度宜相同或相差較小。

5)板四周不應(yīng)開洞，避免局部扭轉(zhuǎn)效應(yīng)過大以及應(yīng)力集中。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

1)降低層高，減小樓蓋結(jié)構(gòu)高度，增加建筑凈高，較常規(guī)結(jié)構(gòu)減小約100 mm～300 mm，降低樓層土建綜合造價(jià)約1.5%～2%?；炷劣昧吭黾?，但綜合成本有所下降。

2)無柱網(wǎng)空間布局分隔靈活，容易滿足建筑功能要求。

3)減少吊頂裝修，方便施工，節(jié)約模板，并可縮短施工周期。

4)全部為普通混凝土結(jié)構(gòu)，使用期間維護(hù)成本較低。

5 結(jié)語

現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋適用于大跨度、大荷載的樓屋面結(jié)構(gòu)，跨度較大時(shí)也可采用預(yù)應(yīng)力的空心板形式；該結(jié)構(gòu)可提供開闊、平整、分隔靈活的大空間，有效提高了建筑品質(zhì)，降低結(jié)構(gòu)高度，節(jié)約成本與能耗，是一種值得推廣的新技術(shù)；同時(shí)隨著空心樓蓋技術(shù)的發(fā)展與完善，也會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。

本工程施工已完成實(shí)測(cè)變形小于計(jì)算值，使用情況良好。

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