厚板樓蓋的內(nèi)力與設(shè)計

PAGEPAGE11厚板樓蓋的內(nèi)力分析與設(shè)計研究〔摘要〕：厚板有梁內(nèi)力減小、板彎矩重布、次梁支座退化、區(qū)格彎矩分化、主跨轉(zhuǎn)向以及簡支效應(yīng)等特征〔關(guān)鍵詞〕：厚板樓蓋，受力特征，內(nèi)力計算與配筋要點Analysisaboutinternalforceofthickslabflooranddesign厚板樓蓋的概念，以及目前設(shè)計中存在的問題：現(xiàn)澆梁板式樓蓋結(jié)構(gòu)（含主次梁樓蓋）中，當(dāng)樓板達到一定厚度，其抗彎剛度與梁相比已不能忽略時，稱為厚板樓蓋。從幾何構(gòu)成來看，厚板樓蓋與典型的梁板式樓蓋并無二致，只是板略厚，但在豎向荷載作用下，由于梁板剛度對比發(fā)生了本質(zhì)變化，使原來的計算簡圖，以及對梁、板構(gòu)件的傳統(tǒng)內(nèi)力計算方法、配筋構(gòu)造、所用軟件等變得無法反映真實情況。比如說，當(dāng)樓板的板梁剛度比大到一定程度時，可以使理想計算模型得到的內(nèi)力誤差達到50%甚至更高。固守傳統(tǒng)設(shè)計觀念一方面將造成浪費，另一方面可能導(dǎo)致安全問題的出現(xiàn)。本文之所以詳細論述厚板式樓蓋，并非著眼于單純的理論研究，眾所周知，對于量大面廣的多層、大跨、地下建筑物而言，水平構(gòu)件在整個結(jié)構(gòu)物成本構(gòu)成中，占了相當(dāng)大的比重。現(xiàn)實工程中，例如地下室底板由于結(jié)構(gòu)自防水要求，將梁板式的底板厚度做成400mm及以上，或者地上建筑物由于層高限制、美觀要求等，將梁高做得較小、或使用扁梁、或者采用空心樓板等，此時板剛度對梁而言不宜忽略。對于此類厚板樓蓋在豎向荷載作用下的深入研究是有很大的經(jīng)濟與實用價值的。2.無梁樓蓋與理想的梁板式樓蓋的受力特點比較：事實上，在結(jié)構(gòu)性能上，厚板樓蓋介于無梁式樓蓋與理想的梁板式樓蓋之間；或者說，無梁式、理想的梁板式樓蓋是樓蓋結(jié)構(gòu)的兩種極端形式。因此，有必要回顧一下此兩者的受力特點。2.1.以往觀念與經(jīng)典設(shè)計軟件，對于梁板式樓蓋的分析是建立在“薄板彈性理論”之上的，進行梁板樓蓋分析時，板僅僅是平面外無剛度的傳力構(gòu)件：一方面，豎向荷載的傳遞是按照“指定導(dǎo)荷”方式，按照三角形或者梯形面積將均載全部傳遞給所依附的梁，再由梁向柱或墻上傳遞；另一方面，梁是板的理想支座，梁的彎、扭剛度無窮大。圖-1為一個典型梁格內(nèi)板的彎矩分布示意。理想模型一般認為：A.全部的豎向荷載沿垂直于梁軸的方向傳遞到梁上；B.對于中間區(qū)格，︱MX3︱＞︱MX4︱，MX1、MX2≈0；C.MX3為負彎矩；D．短跨板為的主要受力跨，即當(dāng)Y向跨度大于X向跨度時，有︱MX3︱＞︱MY3︱，︱MX4︱＞︱MY4︱。圖-12.2.對于無梁樓蓋，相應(yīng)位置彎矩值的絕對值從大到小排序為：︱MX1-︱＞︱MX2+︱＞︱MX4+︱＞︱MX3-︱，正負號代表其分別為正負彎矩。按照結(jié)構(gòu)計算手冊，每米板寬的彎矩值的比例為0.5：0.18：0.17：0.15。也就是說，無梁樓板的主要正彎矩在柱上板帶的跨中，主要負彎矩在柱上板帶的支座。3．厚板樓蓋的受力特征分析及其變化規(guī)律：簡言之，厚板樓蓋在豎向荷載作用下，其變形、受力特點介于無梁樓蓋與理想梁板式樓蓋之間，特定厚板樓蓋更接近于梁板式還是無梁式，取決于其梁、板的剛度對比，而與梁、板的絕對剛度無關(guān)。經(jīng)筆者總結(jié)，厚板樓蓋有以下受力特點：榮3.1.廟打梁內(nèi)力減噴?。簲离S梁板剛爛度比的逐閘漸減小，倉越來越多掙的的豎向單荷載由板呼傳遞到梁糠的支座段曾，甚至直題接傳遞到證豎向構(gòu)件所上，這使糾梁的內(nèi)力核顯著減小茫，尤其是肝梁的彎矩蘭。餡我們前階什段參與的持某大型地文下車庫項玉目，其底沉板為梁板傲式結(jié)構(gòu)，滅梁截面司為價550*擴100糾0渾和倚550*刑120慕0韻，為了真走實地反應(yīng)努厚板效應(yīng)陜影響，我冒們采用汪了弊PMSA社P弦軟件，按直照韻“翁全樓設(shè)彈揀性蹄板脅6批”蠟后進行了看深入比較假分析，區(qū)勞別不同的案板厚，梁鬧的內(nèi)力呈直現(xiàn)如下表散所示變化辨：貢底板厚釘（掉m卵m男）登X貢向支座彎嚷矩慧（縫KN貴M炎）繩占不考慮雷厚板時梁錫內(nèi)力的比塑值助X墓向跨中彎陳矩柏（禽KN桿M頂）俱占不考慮隆厚板時梁潛內(nèi)力的比序值呈100促1239墨1.03跑742蠢1.04雕200慚1183巴0.98桃703餡0.98噴300片1056恰0.88棚617永0.86蓬400牧888宅0.74倚503瓜0.70灘500造716沒0.59守393知0.55耍岸急將上表繪辯制成福圖舟-尋2樂：司滲劍幼豎娃考呆螞慣開圖古-2襖從軟件計做算的結(jié)果崖來看，厚罰板對梁彎橡矩的降低腎非常顯著妻。但是，礎(chǔ)是否板本銳身的內(nèi)力若比傳統(tǒng)算者法增加呢淋？通過試著算，黨用意P煙M蛙計算的板幕跨中最大既彎矩肝為圣78.4桑KN占M股，劣用拿PMSA膀P蘿彈性板計祝算時（板慧厚傍50住0醉）礙為捷72.8供5KN甩M鴉，板跨中肉彎矩反而隨減小。為券什么梁與蔽板的內(nèi)力綱會同時降劃低？那么材荷載傳到欣哪里去了姻？這種貌錯似特殊的塘內(nèi)力狀態(tài)侍，必須從岔直觀上加賊以分析，稅才能真正助理解并合概理運用。芬這里，豎仗向荷載的銷傳力路徑醉是分析的頭關(guān)鍵。研事實上，堅豎向荷載徹的水平傳集遞，總是悅向著平面嚇外剛度（抄位移與轉(zhuǎn)輝角）最大壯方向進行谷，此項目貴中的梁，胞相對騎于烘50猜0猾厚樓板而映言，剛度厲有限，相三當(dāng)一部分辨豎向荷載糾通過板本壓身，向能忠提供更大桑支撐剛度涌的梁的支娘座段傳遞恐，或者直廁接向柱傳暴遞掉了。灰圖鑰-察3運表示的是沖一個區(qū)格由內(nèi)板的豎胃向變形等指值線圖，課從左至右窮分別為板形厚西為跌200m逢m書、謠500m更m鼻有梁板以橫及板厚后為猾50垃0廚時無梁樓既蓋（無柱快帽）的情魔形：堂舟壺崗侄舒輸興靈鈴葉圖番-3羞上圖中艙，持20漆0玉厚板的變民形等值線通形似圓珠，縱50饅0胖厚板的變島形圖已經(jīng)嫌與無梁板題十分相似汽，是菱形摟的形態(tài)。忽由于荷載源向變形等補值線的法諒線方向傳式遞潑，割50己0細厚有梁板機的相當(dāng)一華部分荷載稻不通過梁投，而直接砌以對角線輛方向傳遞怪給柱，這貫與上圖最婆右的傳候統(tǒng)諷“投指定導(dǎo)形荷則”掩方式有很信大差別。郵為了更清巴晰地說明械，我們看郵看疤圖催-剖4艙所示的均塔布載作用走下梁的剪熱力圖。梁科剪力值的打斜率就是勻分配到梁燦上的豎向浮荷載數(shù)值朱。插圖群-任4寒左扇為殿45拼0傲板厚情況崗，右為板腫厚道10株0禍時的情況族。觀察可醫(yī)知，厚板蜜時，由于萍其剪力圖距斜率接近芬直線，所且以樓板在早彈性狀態(tài)往時，梁基淚本上是受不均布載的種。圖-4囑分析到此繁，用彈性聞板計算能寬夠降低梁挖的內(nèi)力，愛特別是梁漲的彎矩的翠機理已很弦清楚了。翼此項目中鈴采用這種鬼更能反映碑梁實際受浩力值的算辨法，使地償梁彎矩降蹦低考達稍40鴿%謠，單位建糕筑面積降嬌低鋼筋用設(shè)量狂5K范G址以上。栽3.2.湊促板彎矩重宇布：雷梁板剛度氣比的變化太，會引起給板彎矩的睛分布發(fā)生連質(zhì)變。具險體而言，歸隨梁板剛卻度比由小潤逐漸變大夫時頑，剝︱敵MX簽1根︱唇迅速減小對，肝︱利MX摧3肺︱欺明顯增大薄，逼︱段MX橋2例︱告明顯減小幸，城︱陶MX監(jiān)4恐︱餓略有減小痛，如航圖衫-隙5寇示意。圖-5紐因此，梁懲板剛度比加不同時，怖不僅板的瞧內(nèi)力極值媽不同，板不的控制截東面位置也平完全不同例，此規(guī)律苦將對設(shè)計鬼產(chǎn)生重要驚影響，設(shè)飼計師不可屯不查。升3.3.痛餡次梁支座響退化：獎當(dāng)板的剛頑度較大時警，板邊的昏框架梁較旱難對其位鑄移、轉(zhuǎn)角賀形成約束衛(wèi)，實際上巨梁成為板煎的彈性支視座，這種儉情況對于謎次梁更為誼顯著。某資工程樓板踏厚適160m咳m根，荷在榨Y繁向設(shè)計有突兩筆根扇300*位75罰0西高的次梁猾，匪圖母-躺6帶表示的是慢其一個框致架區(qū)格內(nèi)通的板，化以默PMSA單P館軟件計算告的在均布陣豎向載作蘆用下第的務(wù)X帖向彎矩圖掃。隔樂可以見到穗，圖示的麻兩個橢圓畢區(qū)域中，隨板沒有負來彎矩（負體值表示正奶彎矩），時原因就貝是購Y旅向次梁的洋抗彎剛度稍已無法扯對作X秩向板形成庭真正的支楚撐作用，罩那么設(shè)計亭者當(dāng)然不商應(yīng)該按部慧就班地在卻原先徐的奔“懲次梁支座色處饑”棚設(shè)計板的浙負筋。這巨種情況稱障之為次梁開的支座退嫩化。圖-6應(yīng)應(yīng)該看到旱，次梁處名的板并非炭沒有發(fā)生救反向彎曲獻，只是這呢種彎曲無德法抵消由仰于板的整似體彎曲在無同一位置掌產(chǎn)生的正雁彎矩而已擔(dān)。咳3.4.酷早區(qū)格彎矩陷分化：描逝銳從渾圖抗-語6槽還能發(fā)現(xiàn)關(guān)，板的正穩(wěn)彎矩出現(xiàn)中以下現(xiàn)象叼：寬（錦1商）在上述殖九個次梁得區(qū)格內(nèi)，辣各區(qū)格正喉彎矩最大廉值有顯著紗不同難：掌A幸及咸A賞1悲區(qū)格的最黨大正彎矩是只默有倦B飲區(qū)格的一夫半不到；錦（域2博）防B想?yún)^(qū)格的正錄彎矩最大割值堵為周9.09具KNM/翁M喘,串比不考慮慌厚板效應(yīng)頁的模型得唇出的值澆大纏37.7殿%拆。副實際上，悅此例樓板冠按照主梁霉區(qū)格作為砍計算跨度鑼更符合實括際情況。鏟如果設(shè)計稈者按照以聾往的設(shè)計王方法，不菊區(qū)分各次可梁區(qū)格的梁不同情況促而進行統(tǒng)犧一配筋時嗎，將造成快浪費；同債時另一方昂面，樓板宋的實際最乒大正彎矩相處將配筋齒不足。為3.5.翁沃主跨轉(zhuǎn)向項：請矩形板格犬的主跨方鎖向，就是態(tài)控制內(nèi)力夕截面所在嗽的方向。后在四邊都取有梁或墻若時，短跨趨就是板的運主跨。俯圖壯-較7弄是某地下債泵房頂板撓平面圖頂，馬Y咽向梅有剖450*趙90滔0宰梁，板桌厚辨20貼0為，梁跨駛度妖1撞2丈米，梁間谷距朱4撥米，外圍務(wù)為磁40鈴0藏厚砼墻。半按照傳統(tǒng)堪計算模型憂，樓板的撲主跨當(dāng)然鬼是丙X愉向，跨度在為超4嗽米，但是披按照考慮聚板的平面潛外剛度計辱算時偉，牌X昆向支座彎殿矩、跨中徹彎矩分別倡為嫁36.6鄰6KNM甩/俯M渴、圈37.0萄9KNM弓/M臉,器而恢Y堤向支座彎豆矩、跨中繁彎矩分別術(shù)為肆116.柱32KN踐M/鋤M魄、折51.7催1KNM禍/帆M文。因此，畢板的真實害主跨桶是閑Y錯向，原因陸是梁較柔疾，職20謠0餐厚板的主各要荷載值沿惜Y賴向傳遞給純墻了。需三要說明的計是，主跨鄉(xiāng)是否轉(zhuǎn)向閣視具體情丙況有所不徑同。圖-7乳3.6.白壘板的簡支扣效應(yīng)：厚哈板樓蓋，蟻由于邊梁汽的抗扭剛膛度更加難臭以形成對本板的轉(zhuǎn)動烤約束，所徐以邊跨板晌的跨中彎泡矩很大，呈比理想樓網(wǎng)板條件下冶更加接近碗于簡支板糧，這樣使鈴厚板樓蓋王的邊跨與校中間跨顯像著不同。尺4.抽鴿厚板樓蓋市的內(nèi)力計津算及配筋族要點：儀首先，對浪于較厚樓用板，應(yīng)該箭采用能夠尖反映板的暑平面外剛術(shù)度的計算閑模型，絕戲不能滿足遇于以往設(shè)寧計辟“抵能夠通過碎審鴿查踏”客等等觀念何；其次，掉結(jié)構(gòu)師對光厚板效應(yīng)鉛不應(yīng)視而壞不見，尤辣其是對于趙裂縫寬控鍬制的情況惜，如果不襖考慮厚板銀效應(yīng)將使蠢設(shè)計結(jié)果意荒謬不堪鋤，不僅配雕筋量很大怪，而且無令法真正控攏制裂縫的校產(chǎn)生。腐在厚板結(jié)捆構(gòu)設(shè)計時顏，有必要脖在以下幾伴點引起注諒意，并根違據(jù)情況進食行調(diào)整：勺（愚1勝）梁的內(nèi)揪力降低：巷從蒙圖主-欺2耍所述實例衫的分析結(jié)變果可以看機到，與理雜想樓板的乒梁的主筋對配置量可孫以相差一痕倍以上；抓（杏2釣）板彎矩螞重布：梁咬截面不變賢，板厚逐聯(lián)漸增加時膜，按照憑圖膛-絡(luò)5朗所示季，稠MX踐1妄、亭MX累3民對比發(fā)生鎮(zhèn)急劇變化覽，因此，沫對于欄圖不-鳳6蜂右邊所示提的李A(yù)芝1問、鮮A嗚兩段應(yīng)該止分別計算財、設(shè)計配噴筋，兩者輔配筋面積鹿可以相差唐一倍以上最。因此在攀具體工程污中，既可桑以在板的貨支座處分預(yù)段配置負丟筋；或者友，如果梁效板剛度比辮選擇適宜患時，可配使腐MX則1糠≈傅MX爆3門，也就是辣圖立-寺5床中頃的箭“賊Z惕”競點，這樣籠可將負筋菠量減少。灘（姥3圾）次梁支另座退化：鋸梁板剛度花比小于一麥定值時，薯板在次梁折處可以不芒再設(shè)置負邀筋。應(yīng)該續(xù)說明的是墳，不僅是畏均布載，威對于局部惕荷載、集坑中荷載，率厚