河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院 張志恒
現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)是一種新型的水平承重結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)受力合理、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益明顯,在工業(yè)與民用建筑中得到了廣泛應(yīng)用?,F(xiàn)澆空心板常見(jiàn)的有圓形孔洞、矩形空洞和雙向肋板等類(lèi)型。本文,筆者依據(jù)板式樓蓋設(shè)計(jì)的受力島理論,采用STRAT軟件對(duì)上述3種不同類(lèi)型的現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算分析,為該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)與施工提供參考。
分別建立圓形孔洞、矩形孔洞和雙向肋板3種現(xiàn)澆空心板的結(jié)構(gòu)分析模型,單跨簡(jiǎn)支,柱網(wǎng)尺寸8 000 mm×8 000 mm,樓蓋厚300 mm,模殼自重0.6 kN/m2,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,混凝土容重取25 kN/m3,彈性模量取3×104N/mm2,縱筋采用HRB400 鋼筋,箍筋采用HPB300 鋼筋,恒載取1.5 kN/m2,活載取2 kN/m2,通過(guò)超元布置現(xiàn)澆空心板,網(wǎng)格剖分長(zhǎng)度為0.5 m。為便于對(duì)比分析,在上述建模計(jì)算參數(shù)一致的情況下,圓形孔洞和矩形孔洞采取相同空心率,矩形孔洞與雙向肋板采用同一肋寬。
1.圓形孔洞。頂板厚40 mm,底板厚40 mm,孔洞直徑220 mm,孔洞間距275 mm,橫肋間距1 500 mm,橫肋寬度100 mm,空心率為38.13%。圓形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖1所示。
圖1 圓形孔洞變形及應(yīng)力分布
2.矩形孔洞。頂板厚50 mm,底板厚50 mm,橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm,箱形內(nèi)模底面尺寸為500 mm×500 mm,空心率為38.13%。矩形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖2所示。
3.雙向肋板。頂板厚50 mm,橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm,雙向肋板現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖3所示。
圖2 矩形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布
圖3 雙向肋板現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布
1.由于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板和雙向肋板現(xiàn)澆空心板為雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu),所以其變形、應(yīng)力等分布規(guī)律相似,橫肋方向和縱肋方向受力性能相同;圓形孔洞現(xiàn)澆空心板為單邊對(duì)稱結(jié)構(gòu),橫筒方向比順筒方向的變形和應(yīng)力大,中心區(qū)域應(yīng)力呈橢圓形分布。荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合作用下圓形孔洞現(xiàn)澆空心板最大變形為13.31 mm,最大應(yīng)力為39.12 kPa;矩形孔洞現(xiàn)澆空心板最大變形為21.83 mm,最大應(yīng)力為41.94 kPa;雙向肋板現(xiàn)澆空心板最大變形為17.09 mm,最大應(yīng)力為36.40 kPa。
2.從矩形孔洞與圓形孔洞計(jì)算結(jié)果可以看出,相同空心率下圓形孔洞現(xiàn)澆空心板變形小于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu),應(yīng)力變化不大。由于相同板厚及空心率情況下,兩種結(jié)構(gòu)形式混凝土用量一樣,而圓形孔洞混凝土多集中在樓板兩側(cè),整體剛度較大,因此變形較小。圓形孔洞現(xiàn)澆空心板空心率受限較大,且為單向受力,矩形孔洞空心率可以更大,它具有明顯的雙向受力特征,并且可以通過(guò)改變橫肋、縱肋的寬度來(lái)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的剛度。
3.從矩形孔洞與雙向肋板計(jì)算結(jié)果可以看出,相同條件下,雙向肋板現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)澆空心板底部受拉,而拉力主要由鋼筋承受,雙向肋板混凝土用量小,自重輕,進(jìn)而受力性能較好。矩形孔洞現(xiàn)澆空心板的優(yōu)勢(shì)在于可以形成天然平面,施工便捷,使用方便,無(wú)需吊頂。
隨著人們對(duì)建筑使用功能的要求日益多樣化,建筑科學(xué)得以不斷發(fā)展,現(xiàn)澆空心板這一新型結(jié)構(gòu)體系也必然會(huì)貢獻(xiàn)出自己的一份力量。在實(shí)際工程中,力學(xué)性能僅僅是人們對(duì)建筑使用需求的一部分,還應(yīng)從功能適用,施工難易、工程造價(jià)等方面考慮,選取經(jīng)濟(jì)合理的現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)形式。