厚板樓蓋的內(nèi)力與設(shè)計(jì)

PAGEPAGE11厚板樓蓋的內(nèi)力分析與設(shè)計(jì)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(jiǎn)支效應(yīng)等特征〔關(guān)鍵詞〕：厚板樓蓋，受力特征，內(nèi)力計(jì)算與配筋要點(diǎn)Analysisaboutinternalforceofthickslabflooranddesign厚板樓蓋的概念，以及目前設(shè)計(jì)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(dá)到一定厚度，其抗彎剛度與梁相比已不能忽略時(shí)，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(wú)二致，只是板略厚，但在豎向荷載作用下，由于梁板剛度對(duì)比發(fā)生了本質(zhì)變化，使原來的計(jì)算簡(jiǎn)圖，以及對(duì)梁、板構(gòu)件的傳統(tǒng)內(nèi)力計(jì)算方法、配筋構(gòu)造、所用軟件等變得無(wú)法反映真實(shí)情況。比如說，當(dāng)樓板的板梁剛度比大到一定程度時(shí)，可以使理想計(jì)算模型得到的內(nèi)力誤差達(dá)到50%甚至更高。固守傳統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念一方面將造成浪費(fèi)，另一方面可能導(dǎo)致安全問題的出現(xiàn)。本文之所以詳細(xì)論述厚板式樓蓋，并非著眼于單純的理論研究，眾所周知，對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)物成本構(gòu)成中，占了相當(dāng)大的比重?，F(xiàn)實(shí)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(shí)板剛度對(duì)梁而言不宜忽略。對(duì)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(jì)與實(shí)用價(jià)值的。2.無(wú)梁樓蓋與理想的梁板式樓蓋的受力特點(diǎn)比較：事實(shí)上，在結(jié)構(gòu)性能上，厚板樓蓋介于無(wú)梁式樓蓋與理想的梁板式樓蓋之間；或者說，無(wú)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(diǎn)。2.1.以往觀念與經(jīng)典設(shè)計(jì)軟件，對(duì)于梁板式樓蓋的分析是建立在“薄板彈性理論”之上的，進(jìn)行梁板樓蓋分析時(shí)，板僅僅是平面外無(wú)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(wú)窮大。圖-1為一個(gè)典型梁格內(nèi)板的彎矩分布示意。理想模型一般認(rèn)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(duì)于中間區(qū)格，︱MX3︱＞︱MX4︱，MX1、MX2≈0；C.MX3為負(fù)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(shí)，有︱MX3︱＞︱MY3︱，︱MX4︱＞︱MY4︱。圖-12.2.對(duì)于無(wú)梁樓蓋，相應(yīng)位置彎矩值的絕對(duì)值從大到小排序?yàn)椋害騇X1-︱＞︱MX2+︱＞︱MX4+︱＞︱MX3-︱，正負(fù)號(hào)代表其分別為正負(fù)彎矩。按照結(jié)構(gòu)計(jì)算手冊(cè)，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(wú)梁樓板的主要正彎矩在柱上板帶的跨中，主要負(fù)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(jiǎn)言之，厚板樓蓋在豎向荷載作用下，其變形、受力特點(diǎn)介于無(wú)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(wú)梁式，取決于其梁、板的剛度對(duì)比，而與梁、板的絕對(duì)剛度無(wú)關(guān)。經(jīng)筆者總結(jié)，厚板樓蓋有以下受力特點(diǎn)：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(cāng)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(kù)項(xiàng)玉目，其底沉板為梁板傲式結(jié)構(gòu)，滅梁截面司為價(jià)550*擴(kuò)100糾0渾和倚550*刑120慕0韻，為了真走實(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)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(jì)做算的結(jié)果崖來看，厚罰板對(duì)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(jì)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(jì)祝算時(shí)（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(huì)同時(shí)降劃低？那么材荷載傳到欣哪里去了姻？這種貌錯(cuò)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(yùn)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(shí)上，堅(jiān)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(jìn)行谷，此項(xiàng)目貴中的梁，胞相對(duì)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?；覉D鑰-察3運(yùn)表示的是沖一個(gè)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(shí)無(wú)梁樓既蓋（無(wú)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(wú)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(bǔ)值線的法諒線方向傳式遞潑，割50己0細(xì)厚有梁板機(jī)的相當(dāng)一華部分荷載稻不通過梁投，而直接砌以對(duì)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(shí)的情況族。觀察可醫(yī)知，厚板蜜時(shí)，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(shí)，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(jì)算能寬夠降低梁挖的內(nèi)力，愛特別是梁漲的彎矩的翠機(jī)理已很弦清楚了。翼此項(xiàng)目中鈴采用這種鬼更能反映碑梁實(shí)際受浩力值的算辨法，使地償梁彎矩降蹦低考達(dá)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(huì)引起給板彎矩的睛分布發(fā)生連質(zhì)變。具險(xiǎn)體而言，歸隨梁板剛卻度比由小潤(rùn)逐漸變大夫時(shí)頑，剝?chǔ)驍矼X簽1根︱唇迅速減小對(duì)，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(shí)，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(duì)設(shè)計(jì)鬼產(chǎn)生重要驚影響，設(shè)飼計(jì)師不可屯不查。升3.3.痛餡次梁支座響退化：獎(jiǎng)當(dāng)板的剛頑度較大時(shí)警，板邊的昏框架梁較旱難對(duì)其位鑄移、轉(zhuǎn)角賀形成約束衛(wèi)，實(shí)際上巨梁成為板煎的彈性支視座，這種儉情況對(duì)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(jì)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(gè)框致架區(qū)格內(nèi)通的板，化以默PMSA單P館軟件計(jì)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(gè)橢圓畢區(qū)域中，隨板沒有負(fù)來彎矩（負(fù)體值表示正奶彎矩），時(shí)原因就貝是購(gòu)Y旅向次梁的洋抗彎剛度稍已無(wú)法扯對(duì)作X秩向板形成庭真正的支楚撐作用，罩那么設(shè)計(jì)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(jì)板的浙負(fù)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(xiàn)，只是這呢種彎曲無(wú)德法抵消由仰于板的整似體彎曲在無(wú)同一位置掌產(chǎn)生的正雁彎矩而已擔(dān)?？?.4.酷早區(qū)格彎矩陷分化：描逝銳從渾圖抗-語(yǔ)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(gè)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(yè)的模型得唇出的值澆大纏37.7殿%拆。副實(shí)際上，悅此例樓板冠按照主梁霉區(qū)格作為砍計(jì)算跨度鑼更符合實(shí)括際情況。鏟如果設(shè)計(jì)稈者按照以聾往的設(shè)計(jì)王方法，不菊區(qū)分各次可梁區(qū)格的梁不同情況促而進(jìn)行統(tǒng)犧一配筋時(shí)嗎，將造成快浪費(fèi)；同債時(shí)另一方昂面，樓板宋的實(shí)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(xiàng)：請(qǐng)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(shí)，短跨趨就是板的運(yùn)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(jì)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(jì)辱算時(shí)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(shí)害主跨桶是閑Y錯(cuò)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(jì)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(jiǎn)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(duì)本板的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jiǎn)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(jì)津算及配筋族要點(diǎn)：儀首先，對(duì)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(jì)算閑模型，絕戲不能滿足遇于以往設(shè)寧計(jì)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(duì)光厚板效應(yīng)鉛不應(yīng)視而壞不見，尤辣其是對(duì)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(jì)結(jié)果意荒謬不堪鋤，不僅配雕筋量很大怪，而且無(wú)令法真正控?cái)n制裂縫的校產(chǎn)生。腐在厚板結(jié)捆構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)顏，有必要脖在以下幾伴點(diǎn)引起注諒意，并根違據(jù)情況進(jìn)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(shí)例衫的分析結(jié)變果可以看機(jī)到，與理雜想樓板的乒梁的主筋對(duì)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(shí)膜，按照憑圖膛-絡(luò)5朗所示季，稠MX踐1妄、亭MX累3民對(duì)比發(fā)生鎮(zhèn)急劇變化覽，因此，沫對(duì)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(jì)算財(cái)、設(shè)計(jì)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(fù)丟筋；或者友，如果梁效板剛度比辮選擇適宜患時(shí)，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(jìng)點(diǎn)，這樣籠可將負(fù)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(shí)，薯板在次梁折處可以不芒再設(shè)置負(fù)邀筋。應(yīng)該續(xù)說明的是墳，不僅是畏均布載，威對(duì)于局部惕荷載、集坑中荷載，率厚