钢筋混凝土异型无梁楼盖计算方法研究.pdf

文章编号:100926825(2008)2020078202 钢筋混凝土异型无梁楼盖计算方法研究 收稿日期:2008203211 作者简介:马 健(19802 ) , 男,助理工程师,唐山陶瓷集团设计研究有限公司,河北 唐山 063000 温 欣(19802 ) , 男,助理工程师,唐山钢铁建筑设计研究院有限公司,河北 唐山 063000 马 健 温 欣 摘 要:介绍了钢筋混凝土异型无梁楼盖的计算方法,对ACI建议的直接设计法和我国经验系数法进行了探讨,并结合 具体算例进行分析,通过比较分析ACI和我国设计方法的计算结果,得出了一些有益的结论,对工程设计具有一定的指 导意义。 关键词:异型无梁楼盖,弯矩,钢管混凝土柱 中图分类号:TU375. 2文献标识码:A 异型无梁楼盖是双向板无梁楼盖的一类特殊情况,在于边界 条件不规则,在具体结构中主要体现为整体外结构为剪力墙,内 部户型为板柱结构同电梯间结合形成的四边墙体固定约束具有 不连续边缘的结构形式。目前无梁双向楼盖的设计理论主要包 括弹性理论和塑性理论,其中有限元法,经验系数法和等代框架 法可以认为属于弹性分析方法,而塑性铰线法和条带法是基于塑 性理论,由于各种方法皆有一定适用性和不利的因素,目前规范 上对这种新型楼盖的计算方法还缺乏明确规定。 1 美国直接设计法分析 直接设计法是ACI规范推荐的用于计算均布荷载作用下双 向板设计弯矩的近似方法,包括使板和梁截面成比例以承受弯矩 的一组规则。该法具有简单明了,物理概念清晰的特点,并且具 有极限平衡寓意。直接设计法以符合一定条件的板系理论分析 为依据,做了设计方法上的简化,考虑了施工的可行性,还参考了 已有的工程先例,所以ACI对无梁楼盖建议采用直接设计法。 1. 1 直接设计法分析假设 1) 每个方向至少有3个连续跨。如果只有2个连续跨,则中 间支座处截面负弯矩过大,需要进行调幅。 2) 每一区格的长边与 短边之比不应大于2。 3) 沿每一方向,连续跨支座中至中的跨度 之差不应大于较长跨的1/ 3。 4) 在偏置方向上,柱子可偏置不超 过跨度的10 % ,跨度是指相邻柱中线之间的距离。 5) 所有荷载均 为重力荷载,在整个楼盖上为均布荷载,活荷载不得超过恒载的 3倍。 6) 对于四边支座之间均有梁的区格,两个垂直方向的相对 抗弯刚度因子之比 1l22 2l21 不应小于0. 2 ,也不应大于5。 1. 2 具体算例分析 设计结构为钢管混凝土柱异型无梁楼盖结构,考虑到今后开 展试验需要,设计试件为缩尺1/ 2 ,其中钢管柱直径为200 mm ,混 凝土标号C30 ,钢筋HRB235 ,周边剪力墙约束,设计施加均布荷 载为8. 28 kN/ m2。 表1 板上X方向柱上板带弯矩计算 区格编号板带划分外端截面跨中截面第一内支座截面 区格1柱上板带- 6. 362. 74- 6. 36 区格2柱上板带- 2. 41. 03- 2. 4 对于具体结构,因为周边剪力墙固定约束,并且柱上板带梁 的相对强度因子f1l2/ l1可以认为为0,区格边长与板格的边长 比 l2 l1 2,t= 2.5。同时为控制篇幅,分析中选取Y方向跨中板 带和X方向柱上板带各一组进行研究,其中Y方向跨中包括1, 3,5区格, X方向柱上板带包括1,2区格,并且经过板柱节点A。 所选取板带具有一定的典型性,能够满足研究需要,具体见表1 , 则可以减少施工过程中不必要的摸索时间,有效加快工期。针对 前述存在的问题,在设计过程中可以采取以下措施: 1) 气囊定位筋间距50 cm左右。可以根据板梁的普通钢筋 间距具体来定,可以在40 cm60 cm之间控制。 2) 支座钢板设 置为内嵌在板底,不应影响到板梁与底座相对滑动。 3) 为降低板 端受的摩擦力,让板端的支座钢板与底座相对滑动,则要将支座 钢板尽量设置在与板端平齐处。 4) 对于斜交板,支座钢板除了满 足靠近板端外,还要尽量靠近板边,钢板形状与板底形状相近,尤 其是锐角处钢板与板底一样呈锐角。 参考文献: 1 袁晓红,张顺熙.先张法预应力混凝土空心板梁反拱度的施 工控制J .交通科技,2004(3) :3. 2 吴盛伟.折线配筋先张预应力混凝土梁在公路桥梁中的应 用探讨J .交通科技,2006(6) :6. 3 马 瑞.浅谈后张法空心板梁的施工方法及常见问题的预 防措施J .山西建筑,2007 ,33(23) :1312132. Problems needing attention in the design of the pretensioning method prestressed concrete plate girder WAN Xin2fa MO Jin2ming MAO Feng Abstract : Combined with the wide application of the construction technology of the pretensioning method in the engineering , the paper ana2 lyzes the cause of the problems in the construction process of the pretensioning method , puts forward the aspects that ought to be stressed in the design of the pretensioning method plate girder based on the operation process of the construction technology , to avoid the problems in the construction process , to shorten the project time and to ensure engineering quality. Key words : pretensioning method , plate girder , construction , design 87 第34卷 第20期 2 0 0 8年7月 山 西建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol. 34 No. 20 Jul. 2008 表2。 表2 板下Y方向跨中板带弯矩计算 区格编号板带划分外端截面跨中截面第一内支座截面 区格1跨中板带- 1. 671. 44- 1. 67 区格3跨中板带- 1. 231. 06- 1. 23 区格5跨中板带- 1. 451. 25- 1. 45 2 我国经验系数法分析 经验系数法又称总弯矩法或直接设计法,该方法先计算两个 方向的截面总弯矩,再将截面总弯矩分配给同一方向的柱上板带 和跨中板带。 2. 1 经验系数法分析前提 为了使各截面的弯矩设计值适应各种活荷载的不利布置,要 求无梁楼盖的布置必须满足下列条件 :1) 每个方向至少应有3个 连续跨。 2) 同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的1. 3倍。 3) 同一方向各跨跨度不超过20 %;边跨的跨度不大于其相邻的内 跨。 4) 区格为矩形,任一区格板的长边和短边之比值 lx ly 2。5) 可变荷载和永久荷载之比值 q g 3。 6) 为保障无梁楼盖结构体系 不承受水平荷载作用,应在结构体系中设置抗侧力支撑或者剪力 墙。 7) 用该方法计算时,只考虑全部均布荷载,不考虑活荷载的 不利布置。 2. 2 相关弯矩分配系数 板带弯矩分配系数见表3。 表3 板带弯矩分配系数 板带划分 边跨内跨 边支座跨中内支座跨中支座 柱上板带- 0. 480. 22- 0. 500. 18- 0. 50 跨中板带- 0. 050. 18- 0. 170. 15- 0. 17 2. 3 具体算例分析 相关弯矩计算见表4 ,表5。 表4 板上X方向柱上板带弯矩计算kNm 柱上板带区格编号外截面负弯矩跨中弯矩第一内截面负弯矩 A柱板带区格1- 6. 993. 2- 7. 28 A柱板带区格2- 2. 811. 29- 2. 93 表5 板下Y方向各区格跨中板带弯矩分配kNm 跨中板带区格编号外截面负弯矩跨中弯矩第一内截面负弯矩 1区格1- 0. 592. 11- 2 2区格3- 1. 481. 3- 1. 48 3区格5- 0. 511. 82- 1. 721 3 比较分析 通过分析ACI和我国设计方法计算结果发现美国ACI规范 中对区格总弯矩的取值规定相对详细,例如在计算时需要把无托 板的圆截面钢管考虑等效为方形截面以及我国和美国计算总弯 矩时对计算区格跨度确定的差异性,导致按照我国方法计算的总 弯矩值较ACI结果偏大约10 %;在边、 角区格外截面柱上板带处 和跨中区格各个边缘柱上板带处我国计算系数相对偏小,但外边 缘跨中的ACI计算弯矩是我国弯矩计算值的近3倍(未调幅前 ) , 表明ACI认为外截面跨中板带因为容易受到较多因素影响,包括 内梁的相对截面抗弯刚度1和不连续边梁的截面相对抗弯刚度 e ,以及板格的边长比 l2 l1 和柱上板带梁的相对刚度因子1 l2 l1 等, 所以取值较为保守。 由分析可知,CDDM(我国经验系数法)基本包络ADDM(美 国经验系数法 ) , 表明我国弯矩取值相对保守,两种方法在外边缘 柱上板带取值相对有限元分析结果偏大,这是由于有限元模拟时 外墙体为全约束,在竖向均布荷载作用下,墙体对临近外端约束 能力较大,导致钢筋变形很小;ACI认为两跨结构刚性约束端部 负弯矩较大,因此建议的弯矩分配系数主要适用于3跨结构,但 该例柱上板带因为样本点位于外端剪力墙交汇处,该局部区域刚 度较大,一定程度的抵消了负弯矩的不利影响,使得负弯矩较小。 而板柱节点负弯矩有限元分析结果明显偏大是因为钢管混凝土 柱和楼盖连接需要在楼盖上开洞,开洞节点附近区域应力集中, 在外荷载作用下会产生较大负弯矩,对楼盖形成破坏,因此针对 板柱节点连接区域建议在节点上方做高一级钢筋加密,节点下方 设置剪力环,通过增大该区域的刚度提高结构的安全性能。 4 结语 1) 我国经验系数法基本包络美国直接设计法,但在楼盖具体 区格外截面的跨中板带,我国建议的弯矩分配系数偏小,实际弯 矩同ACI建议非常接近;对于临近刚性墙体交汇处的两跨楼盖外 截面柱上板带弯矩负弯矩较小,而理论取值偏大,处于保守考虑, 建议设计时该处负弯矩可以乘以0. 5的系数进行调幅;钢管混凝 土柱和楼盖板柱节点处负弯矩过大,应该采取适当措施提高节点 区域的抗弯和抗冲切性能。 2) 建议在钢管混凝土柱和无梁楼盖板柱节点处采取节点抗 弯和抗冲切措施,可以在节点上方设置高一标号加密钢筋,在节 点下方设置剪力环,具体可参考文献3(3542356) ;在有限元分析 配筋时,采取双层双向通长分布配筋,结果证明钢筋标号高一级 别或者间距缩小50 mm ,跨中板带每延米钢筋就增重20 kg或者 10.3 kg ,因此考虑经济性,建议分布式配筋时遵循实际和设计一 致的原则,采取适当的钢筋规格和间距。 参考文献: 1 朱聘儒.双向板无梁楼盖M.北京:中国建筑工业出版社, 1999. 2 程文镶,李爱群.混凝土楼盖设计M.北京:中国建筑工业 出版社,1998. 3 美A. H尼尔逊.混凝土结构设计 M.过镇海,方鄂华, 译.第12版.北京:中国建筑工业出版社,2003. 4 龚曙光. ANSYS工程应用实例解析M.北京:机械工业出 版社,2003. 5 GBJ 130290 ,钢筋混凝土升板结构技术规范S. The calculation method study of steel concrete deformed beamless roof MA Jian WEN Xin Abstract : The calculation method of steel concrete deformed beamless roof was introduced , the directive desi gn methods suggested by ACI and national empirical coefficient methods were discussed , and were analyzed combining with concrete calculating example. By comparing and ana2 lyzing the calculation results of ACI and national design method , some favorable conclusion was got , which has a certain instruction meaning for engineering design. Key words : deformed beamless roof , flexural torque , steel concrete pole 97 第34卷 第20期 2 0 0 8年7月 马 健等:钢筋混凝土异型无梁楼盖计算方法研究