胡 嘉

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

談現(xiàn)澆鋼筋空心樓蓋的計(jì)算方法

胡 嘉

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

介紹了現(xiàn)澆空心樓蓋體系的技術(shù)原理與優(yōu)點(diǎn)，對(duì)擬梁法、擬板法、直接設(shè)計(jì)法、等代框架法四種現(xiàn)澆空心樓蓋的計(jì)算方法進(jìn)行了分析，闡明了各種計(jì)算方法的適用范圍及應(yīng)用要求，為其他工程應(yīng)用中的分析計(jì)算提供參考。

現(xiàn)澆空心樓蓋，計(jì)算，混凝土樓板，結(jié)構(gòu)

0 引言

近些年，隨著經(jīng)濟(jì)及技術(shù)水平的發(fā)展，各地如雨后春筍般出現(xiàn)許多大跨度體育館、停車場(chǎng)、超市等，傳統(tǒng)的樓蓋體系(無(wú)梁樓蓋，井字梁等)已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程的需要，現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了這一行業(yè)的空白，使許多大跨度結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實(shí)。

1 現(xiàn)澆空心樓蓋簡(jiǎn)介

現(xiàn)澆空心樓蓋體系是繼無(wú)梁樓蓋體系、井字密肋樓蓋體系之后又一種新型樓蓋體系，是我國(guó)近幾年才出現(xiàn)的一種新型樓蓋體系，其主要技術(shù)原理是：在原有傳統(tǒng)實(shí)心平板樓蓋體系內(nèi)部預(yù)先設(shè)置一定的內(nèi)模(例如箱體、筒芯)后再澆筑鋼筋混凝土而形成的一種新型樓蓋[1]。由于內(nèi)藏箱體式空腔，比傳統(tǒng)梁板體系具有保溫隔聲好、自重輕，同時(shí)現(xiàn)澆空心樓蓋體系不僅具有能提供靈活的使用空間、增加樓板剛度、縮短施工工期、降低結(jié)構(gòu)造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，而且能適應(yīng)當(dāng)前大開(kāi)間、大空間、大柱網(wǎng)的多高層大跨度建筑的需要，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合指標(biāo)比其他類型的樓蓋體系(井字梁等)有明顯的提高，有著廣泛的運(yùn)用前景。現(xiàn)如今，現(xiàn)澆空心樓蓋體系已廣泛運(yùn)用在時(shí)間工程項(xiàng)目中，并且取得巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，根據(jù)空心樓蓋受力性能選擇合適的計(jì)算分析方法[2，3]對(duì)樓蓋進(jìn)行分析設(shè)計(jì)是我們的首要工作。

2 現(xiàn)澆空心樓蓋計(jì)算方法

2.1 擬梁法

擬梁法是指將現(xiàn)澆鋼筋空心樓板合理簡(jiǎn)化成等剛度的兩個(gè)方向梁進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，包括單向設(shè)計(jì)法和雙向設(shè)計(jì)法兩種方法。

2.1.1 單向設(shè)計(jì)法

空心樓蓋最開(kāi)始使用的主要是含筒芯的空腔形式，而芯模的安放方式非常單一，與預(yù)制樓板一樣呈現(xiàn)規(guī)則的單向排列方式，設(shè)計(jì)方法類似于單向板。這樣設(shè)計(jì)，只考慮一個(gè)主要方向受力，忽略了另一方向的受力，因此對(duì)空心樓板計(jì)算是安全的，由于當(dāng)時(shí)計(jì)算理論方法還不夠成熟和完善，結(jié)構(gòu)分析人員一般采用單向設(shè)計(jì)法，即對(duì)平行于芯模方向的擬梁進(jìn)行受力分析，得到彎矩進(jìn)行配筋計(jì)算，而平行筒芯的方向按照規(guī)范構(gòu)造要求和最小配筋率進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。顯然，單向設(shè)計(jì)配筋偏大，造成整體造價(jià)提高。

2.1.2 雙向設(shè)計(jì)法

隨著技術(shù)水平的提高，對(duì)現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋分析研究的日益深化，設(shè)計(jì)人員提出采用更為先進(jìn)的雙向設(shè)計(jì)法。所謂雙向設(shè)計(jì)法就是把包含筒芯的混凝土空心樓蓋合理簡(jiǎn)化為雙向計(jì)算模型，即平行于孔徑方向的截面簡(jiǎn)化為等剛度的工字形截面，而垂直于孔徑方向的截面簡(jiǎn)化為等剛度二字截面，然后按照前面簡(jiǎn)化后的模型形式對(duì)兩個(gè)不同方向的截面進(jìn)行分析計(jì)算，得到合理的配筋結(jié)果?？招臉巧w體系的雙向設(shè)計(jì)法比原有單向設(shè)計(jì)法對(duì)結(jié)構(gòu)原型的合理設(shè)計(jì)分析更適用，并且使該體系在兩個(gè)不同方向上配筋更加合理，受力更加明確，結(jié)構(gòu)配筋率大大降低。目前，現(xiàn)行設(shè)計(jì)中，雙向設(shè)計(jì)法還是被普遍應(yīng)用在現(xiàn)澆空心樓蓋的計(jì)算分析上的。

2.2 擬板法

所謂擬板法就是將混凝土空心樓蓋合理簡(jiǎn)化成各向等效的異性實(shí)心混凝土樓板，然后采用傳統(tǒng)實(shí)心板殼理論對(duì)混凝土空心樓蓋進(jìn)行計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到合理正確的受力特性。實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)混凝土空心樓蓋受力性能的計(jì)算分析，我們可以采用薄板(薄殼)小撓度變形的理論去實(shí)行。

計(jì)算混凝土空心樓蓋前，必須對(duì)小撓度變形薄板理論作以下假定：

1)忽略薄板中在垂直面方向上產(chǎn)生的應(yīng)變。

2)忽略薄板在中面內(nèi)的點(diǎn)在平行中面方向上的位移。

3)忽略薄板垂直中面方向的法應(yīng)力對(duì)薄板產(chǎn)生的撓度變形。

通俗的說(shuō)，擬板法就是把現(xiàn)澆混凝土樓蓋合理簡(jiǎn)化為兩個(gè)不同方向的等效實(shí)心混凝土樓板，簡(jiǎn)化原理必須要保證在兩個(gè)不同方向上截面抗剪剛度和抗彎剛度與原有實(shí)際樓蓋體系相同，即平等剛度原則。在滿足這些條件的前提下，可以對(duì)混凝土空心樓蓋的各種受力性能采用擬板法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。

2.3 直接設(shè)計(jì)法

直接設(shè)計(jì)法往往應(yīng)用于無(wú)梁樓蓋，即柱(包含柱帽)支承板的樓蓋體系結(jié)構(gòu)中，該方法把樓蓋體系兩個(gè)不同方向受到的靜力彎矩在空心樓蓋的控制截面處按照求得彎矩分配系數(shù)直接進(jìn)行內(nèi)力分配，求得各個(gè)不同方向的彎矩值，然后進(jìn)行配筋計(jì)算分析，有時(shí)也被叫做彎矩系數(shù)法，該方法也是在線彈性小變形理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，直接計(jì)算法需要滿足以下幾個(gè)條件：

1)樓蓋體系必須滿足每個(gè)方向至少有三個(gè)連續(xù)跨。

2)樓蓋體系需要滿足在同一個(gè)方向相鄰跨度之間的跨度差小于較長(zhǎng)跨度的1/3。

3)樓蓋體系的區(qū)格應(yīng)為方形，同時(shí)每個(gè)區(qū)格板中，長(zhǎng)邊與短邊之比不大于2。

4)樓蓋體系任一個(gè)方向上，支撐柱偏離整體柱中心線的距離不大于該方向跨度的1/10。

5)樓蓋體系應(yīng)在兩個(gè)不同方向分別分析計(jì)算，同時(shí)考慮全部的豎向荷載在兩個(gè)方向的作用。

6)樓蓋體系承受的可變荷載與永久荷載的比值不大于2。

從上面六條可以得出，該設(shè)計(jì)方法的理論清晰、概念明確，同時(shí)滿足基本的板殼理論原理。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，先將混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)在縱橫兩個(gè)不同方向劃分為柱上板帶和跨中板帶兩部分，而柱上板帶是整體支撐柱中心軸線兩側(cè)各自板跨寬度為1/4的跨度，跨中板帶是板跨中剩余的1/2的板帶寬度，采用傳統(tǒng)無(wú)梁樓蓋的相關(guān)規(guī)定對(duì)空心樓蓋進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算并分配，計(jì)算得到合理的配筋值。

2.4 等代框架法

在支承柱支撐筒芯的現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋中，也可以采用等代框架法進(jìn)行計(jì)算配筋設(shè)計(jì)，等代框架法也是把樓蓋體系劃分為兩個(gè)縱橫不同方向的柱上板帶和跨中板帶跨度，劃分完板帶跨度后，分別求出不同方向的，即垂直于筒芯方向和沿筒芯方向的截面剛度折算系數(shù)，然后再進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。具體方法是把柱上板帶折算成等厚度的矩形截面，按框架主梁輸入模型中，將實(shí)際樓板的柱上板帶的翼緣部分和跨中的板帶分別按等剛度原則進(jìn)行等效折算，最后折算得到等厚度的矩形截面，然后將折算后的跨中板帶截面部分按次梁輸入模型中，最后對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行配筋計(jì)算。計(jì)算得到的框架梁的配筋量即為柱上板帶部分的實(shí)際配筋，其中該配筋量70%的鋼筋是分配布置在柱上板帶中間的暗梁內(nèi)，而其余的則均勻的布置在整個(gè)柱上板帶范圍內(nèi)，但是不應(yīng)該小于跨中板帶的配筋；計(jì)算分析得到的模型中次梁的配筋即為實(shí)際跨中板帶的配筋值，并且是均勻的布置在跨中板帶寬度范圍內(nèi)。

等代框架梁方法中的截面是空心筒與實(shí)心樓板的結(jié)合，根據(jù)規(guī)范構(gòu)造要求板頂?shù)酵残究椎捻敳孔钚￠g距不小于40 mm，而板底到筒芯的底部間距不小于50 mm，這樣來(lái)保證鋼筋有足夠的保護(hù)層厚度。因此板的中心線與孔洞的中心線之間的距離也就10 mm左右，由于距離很小，在計(jì)算時(shí)按無(wú)偏心計(jì)算時(shí)得到的結(jié)構(gòu)誤差很小。所以我們簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)就取對(duì)板中心線的截面慣性矩。

3 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)歸納現(xiàn)澆空心樓蓋的幾種計(jì)算方法及其使用注意的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)其簡(jiǎn)化，實(shí)際使用中更為簡(jiǎn)單方便，結(jié)果更加合理，降低結(jié)構(gòu)總的造價(jià)，為以后其他實(shí)際工程中對(duì)空心樓蓋體系的使用提供參考。

[1] 韓 亮.現(xiàn)澆空心樓蓋的結(jié)構(gòu)性能分析[D].太原：太原理工大學(xué)，2013.

[2] JGJ/T 268—2012,現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 05SG343，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋[S].

Discussion on the calculation method of cast-in-situ RC hollow slab

Hu Jia

(ShanxiArchitecturalandDesignResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

This paper introduced the technical principles and advantages of cast-in-situ concrete hollow floor system, analyzed the calculation methods of pseudo beams method, pseudo plate method, direct design method, equivalent frame method four kinds of cast-in-situ concrete hollow floor, cleared the application range and application requirements of various calculation methods, provided reference for the analysis and calculation in other engineering application.

cast-in-situ hollow slab, calculation, concrete floor, structure

2015-02-10

胡 嘉(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)12-0048-02

TU311.4

A