交叉梁法在现浇混凝土空腹楼盖结构分析中的应用.pdf

第 6卷第 6期 2 0 0 9年 1 2月 铁道科学与工程 学报 J OURN AL OF RAI L 1 ^ 『 AY S CI ENCE AND E NGI NEERI NG Vo 1． 6 De c ． NO ． 6 2 00 9 交叉梁法在现浇混凝土空腹楼盖结构分析 中的应用 黄健光 ( 湖南省第四工程有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 1 1 9 ) 摘要： 现浇混凝土空腹楼盖是在楼板内按照一定的规则布置一定数量的薄壁箱体形成网格状的空腔， 以得到较低的结构 自重和较 高承载力的组合结构体 系。这种楼盖 空隙率大 ， 施 工方便 、 快捷 ， 特 别适 用于大柱 网、 重荷 载的楼盖 结构体 系中。 本文在真型试验的基础上研究其受力分析， 并提出了一些处理建议。 关键词： 薄壁箱体； 线弹性分析法； 拟交叉梁法； 薄壁效应； 抗浮措施 中图分类号 ： U 4 1 6 ． 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 2—7 0 2 9 ( 2 0 0 9 ) 0 6- 0 0 6 4- 0 3 Ca s t — — i n— — s i t e c o n c r e t e h o l l o w f l o o r s t r u c t u r e a p p l i c a t i o n b a s e d o n c r o s s b e a ms me t h o d HUAN G J i a n— - g u a n g ( N o ． 4 E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n o f Hu n a n ， C h a n g s h a 4 1 0 1 1 9 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Ca s t —i n—s i t e b o x fi l l e r e o n e r e t e flo o r s y s t e m i s d e fin e d a s s l a b wh i c h i S a r r a n g e d wi t h c e r t a i n a mo u n t b o x e s ．Du e t o t h e d c a v i t y，t h e s t r uc t u r e s y s t e m o f be a r i n g c a p a c i t y i s h i g h a n d t h e s t r u c t ur e g r i v a t y i s l i g h t ． T hi s k i n d o f s l a b h a v e s o me c h a r a c t e ris t i c s s u c h a s h i g h h o l l o w r a t i o a n d c o n v e n i e n t c o n s t r u c t i o n． I t i s us e d i n s t e e l s t r u c t u r e wi t h l a r g e p i l l a r n e t a n d h e a v y l o a d．Ba s e o n t h e mo d e l e x p e rime n t ，t h e me c h a n i c a l a n a l y s i s Was s t u d i e d，a n d s o me me a s u r e s we r e p r o po s e d． Ke y wo r d s：t h i n wa l l b o x；l i n e a r e l a s t i c a n a l y s i s；a n a l o g u e c r o s s b e a m me t h o d；me mb r a n e e f f e c t ；a nt i—flo a t i n g 1 薄壁 箱 体现 浇混 凝 土空腹 楼 盖 结构 由顶板 、 底板及中间层交叉梁系形成的空腔 ， 具有节约材料 、 减轻 自重的作用。图 1所示为薄壁 箱体楼盖的截面布置图。 图 1 薄壁箱体空腹楼盖截面布置图 Fi g ．1 T hi n wa l l b o x o f ho l l o w fl o o r—s l a b l a y o u t 薄壁箱体现浇混凝土空腹楼盖在我国是近几 年来发展起来的一种新型楼盖结构体系， 其技术特 点与预应力空心板楼 盖体 系、 普通的无梁楼 盖体 系 、 密肋楼盖体系相比， 具有明显的优势 - 2 ： ( 1 ) 孔 网空 隙率大 ， 一 般孔 洞孔 隙率可 达到 5 0 ％ ～ 7 0 ％ ， 使楼盖 自重更低 ， 对结构的抗震有利， 同时， 材料的利用效率更高， 从 而有效节省混凝土 及钢筋用量。 ( 2 ) 2个方 向受力性质相 同， 可明确 为双 向受 力结构 ， 并且可以通过调节两方向肋梁截面宽度和 调整两方向的刚度比， 使之适应不同长宽比板的受 力要求， 具有较大的使用灵活性。 ( 3 ) 该结构体系与密肋楼盖相 比， 由于多 了底 板 ， 整体的刚度增大， 对受力更为有利。通过顶板 、 收稿 日期 ： 2 0 0 9一o 9一 o 4 基金项 目： 国家住房和城 乡建设部新型建筑结构技术项 目( 2 0 0 9 1 2 5 ) 作者简介 ： 黄健光( 1 9 5 1 一) ， 男 ， 湖南长沙人 ， 高级工程师 ， 从事土木建筑工程施工技术与管理的研究和应用 第 6期 黄健光 ： 交叉梁法在现浇混凝土空腹楼盖结构分析中的应 用 6 5 底板与肋梁形成封闭箱室， 因此 ， 具有较大的抗扭 刚度和抗剪性能。 ( 4 ) 施工简便 。箱体可 以有效支护模板 ， 减少 施工支模工作量 ， 加快施工进度。 2 交叉梁法 的应用 2 ． 1 交叉梁法的计算方法 ( 1 )将相互交叉的各梁在所有节点处全部分 离。如图 2所示为一简支梁 A 的计算简图 圳 。 图 2简支梁计算简图 Fi g． 2 S i mp l e be a m c a l c u l a t i o n di a g r a m 在离 支座 Z 处作用一集中力 P， 则离 支座 为 处 的任 一点 的挠度 Y可按 式 ( 1 )和式 ( 2 ) 计算。 当卢 时( 如 D点) ： y =器 一 ／3 ) - a 2⋯ ) = y 筹 o ( 2 ) 式中： y可通过表格查得。 ( 2 )将板上荷载变换成集 中荷 载 ， 作用于各 个节点上 ， 将节点的集 中力 P按某种 比例分配给交 于该节点的 2根粱上； 按所分配 的荷载 ， 可 以列 出 各梁在各节点的挠度表达式 ， 式中必然包括若干未 知数 k 和 等。 ( 3 )按交于 1 点的2 根梁在交点处挠度相等的 原则 ， 可列出与未知数个数相等 的多元一次方程 ， 解联立方程组可求得荷载分配系数。 计算各梁所分配的各节点处 的集 中荷载 ， 然 后 ， 按静力计算方法求出各梁受集中荷载时的弯矩 和剪力。 2 ． 2 交叉梁法求解结果与试验结果对比分析 试验的计算简图如图 3所示。 根据交 于 1点的 2根梁在交点处挠度相等 的 原则 ， 可以得到 ： f Y A ／2 Y o 1 2 ， { Y =Y ， ( 3 ) Y A ／ 6 ： B ／ 2 。 A ^ P k E P 0． 5 P k, P k 2P A B k 3P 0 ．5 P { l - k ．) P I P ． o ． 5 P B ==r———— ⋯——————』——一————-————————』——————一 —J 一一—————— z、 C( 1 - k ) P ( 1 一 上 。) P 0 ．5 P( 1 - k ，) P ( 1 一 丘 ) P C 图 3 交叉 梁法解空腹楼板计算简 图 F i g ． 3 S o l v i n g t h e c r o s s— b e a m c a l c u l a t i o n o f f a s t i n g flo o r d i a g r a m 经计算可得 ： k =0 ． 3 6 7 8 ， k =0 ． 7 3 1 3 ， k ， = 0 ． 1 1 0 1 。 将计算所得的数据代入 梁方程可得 到楼板 中心点挠度的表达式。 图 4所示为计算结果 与试验中第 2 1点的实测挠度比较结果 。 可以得出： 不论楼板截面简化为 I 型或 T型， 其挠度均与第 2 1 点实测挠度基本吻合 J 。 挠度／ mm 图 4 计 算值 与试验值对 比图 Fi g ． 4 Calc ul a t e d v alu es wi t h t h e e x pe rime n t al d a t a c o mpa ris o n c h a r t 3 施工方法 在施工过程 中， 应采取措施 防止薄壁箱体 上 浮 ， 并保证箱体完好和结构尺寸准确无误。其施工 方法如下 ： ( 1 ) 浇灌钢筋混凝土柱 至板边梁下标高并架 设模板支撑( 下部应有垫板 ， 置 于坚固地面上) 后 ， 支底板模 板。铺设底板钢筋 网片 ( 或铺抗 裂钢 丝 网) ， 在网格轴线上绑扎肋梁钢筋骨架、 抗剪钢筋 及箍筋。 、 ( 2 ) 在肋梁间放置薄壁箱体 ， 铺设顶板钢筋网 片并与肋梁上端预留钢筋绑扎成整体 。 ( 3 ) 浇筑底板 、 面板及肋梁细石混凝土 。并通 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 0 9年 1 2月 过薄壁箱体中间的贯穿孔 ， 使细石混凝土从顶盖上 一 直流到底板与楼盖下层之间 ， 保证了底板混凝土 的密实性 。初凝并养护后 ， 达到设计强度， 在肋梁 交叉处垫板后再架立上部支撑继续 向上施工作业。 ( 4 ) 为防止薄壁箱在浇筑时浮起 ， 必须进行抗 浮处理， 分布定点利用铁丝分别拴在肋梁的钢筋 上 ， 而后串入 已钻孑 L 的楼盖模板扎在支撑脚手架上 作抗浮处理。 4 结论 ( 1 ) 采用交叉梁法分析现浇钢筋混凝土空腹 楼盖的受力性能是方便可行的， 混凝土空腹楼盖的 梁是交叉梁系 ， 属高次超静定结构。一个方向的梁 在变形的过程中， 将使 另一个方向的梁发生扭转， 由于梁存在抗扭刚度 ， 反过来又对梁的变形产生一 定的约束 ， 可将楼盖中梁的内力与变形近似按节点 竖向变形相等的原则用力法求解 内力和变形。 ( 2 ) 理论分析和试验证明当薄壁箱体空腹楼 盖四周有可靠的侧 向约束 、 楼板截面有适当配筋率 等条件时 ， 薄膜作用将对空腹楼盖的极限承载力将 产生重大的影响。由于面板的薄膜效应 ， 这种空心 双向板的承载力 比理论计算值有所增大。 ( 3 ) 采用薄壁箱体空腹楼盖 比密肋楼盖具有 更广泛的应用价值和范围， 在相同荷载和边界条件 下 ， 现浇混凝土空腹楼盖比密肋楼盖有更好的受力 和变形性能， 尤其是顶板 、 底板 和肋梁形成封闭的 箱室， 有利于抗扭刚度和抗剪性能的提高。 ( 4 ) 施工简便 ， 抗浮措施可靠。但对空腹楼盖 最优化的施工工艺 ， 薄膜效应对楼板承载力的影响 等问题有待进一步研究 。 参考文献： [ 1 ]G B 5 0 0 1 0— 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范[ s ] G B 5 0 0 1 0 —2 0 0 2， Co d e f o r d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s [ S ] ． [ 2 ]C E C S 1 7 5— 2 0 0 4 ， 现浇混凝土空心楼盖技术规程[ s ] ． CECS 1 75—2 0 0 4． Te c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n for c a s t—i n— s i t u c o n c r e t e fl o o r s t ruc t u r e [ S ] ． [ 3 ]中南大学土木工程学院． 现浇混凝土筒芯楼盖受力性 能研究 [ R ] ． 长沙 ： 中南大学土木工程学 院， 2 0 0 3 ． S c h o o l o f C i v i l a n d Ar c h i t e c t u r al E n g i n e e rin g ， C e n t r a l So ut h Uni v e r s i t y ． Re s e a r c h o n f o r c e r e s i s t a n c e pr o pe r t i e s o f C a s t —i n—s i t u C o n c r e t e h o l l o w fl o o r S t ruc t u r e [ R] ． C h a n g s h a ： S c h o o l o f Ci v i l a n d Ar c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y， 2 0 03． [ 4 ]袁俊杰． 拟梁法和直接设计法在现浇混凝土空心楼盖 结构分析 中的应用 [ J ] ． 铁 道科学与工程 学报 ， 2 0 0 8 ， 3 ( 5)： 7 8—8 2 ． YU AN J u n—i i e ．An a l y s i s o f c r o s s b e a ms me t h o d a n d d i — r e c t d e s i g n me t ho d a p pl i e d t o c a s t— i n — s i t u c o n c r e t e fl o o r s t r u c t u r e [ J ] ．J o u r n a l o f R a i l w a y S c i e n c e a n d E n g i — n e e ri n g ， 2 0 0 8 ， 3 ( 5 ) ： 7 8 —8 2 ． [ 5 ]中南大学土木工程学院． 钢 一混凝土组合空腹楼板受 力性能试验研究 [ R] ． 长沙： 中南大学土木工程学 院 ， 2 0 0 9 ． S c h o o l o f Ci v i l a n d Ar c hi t e c t ur a l Eng i n e e r i n g， Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y．Re s e a r c h o n f o r c e r e s i s t a nc e p r o p e r t i e s o f s t e e l—c o n c r e t e c o mb i n e d h o l l o w s l a b s t r u c t u r e『 R] ． Ch a n g s h a： Sc ho o l o f Ci v i l a nd Ar c hi t e c t u r a l En g i n e e ring， Ce n t r a l S o u t h Un i v e rsi t y， 2 0 09． [ 6 ]E l l i o t t G，C l a r k L A． C i r c u l a r v o i d e d c o n c r e t e s l a b s t i if - n e s s [ J ] ． J o u r n a l o f t h e S t r u c t u r a l D i v i s i o n A S C E， 1 9 8 2 ( 5 ) ： 2 3 7 9— 2 3 9 3 ． [ 7 ]A j d u k i e w i c z A B， K l i s z c z e w i c z A T ．E x p e r i m e n t a l a n a l y s i s ofl i m i t s t a t e s i n a s i x—p a n e l w a f fl e fl a t e s t ruc t u r e [ J ] ． A C I J o u mal， 1 9 8 6 ， 8 3 ( 6 ) ： 9 0 9— 9 1 5 ． [ 8 ]Ha s h i m M S ， K h a l i l M H A B ．R i g i d i t y a n d s t r e n g t h of o r _ t h o t r o p i c r e i n f o r c e d c o n c r e t e w a f fl e s l a b s [ J ] ． J o u r n a l o f S t ruc t u r a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 0 ， 1 2 6 ( 2 ) ： 2 1 9— 2 2 7 ．