现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖的特性与研究.pdf

文章编号:100926825(2007)0820072203 现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖的特性与研究 收稿日期:2006210219 作者简介:申云安(19642 ) , 女,工程师,山西创新工程设计研究院,山西 太原 030041 申星煜(19822 ) , 女,燕山大学建筑工程与力学学院硕士研究生,河北 秦皇岛 066004 申云安 申星煜 摘 要:介绍了目前我国对现浇钢筋混凝土空心楼盖的研究状况,阐述了其设计原理,并对单向板、 双向板的设计计算方 法进行了分析,论述了其构造要求、 施工工艺流程及施工要求,为现浇钢筋混凝土空心楼板在现代建筑中的应用与推广 奠定了理论基础。 关键词:现浇钢筋混凝土,无梁楼盖,单向板,双向板 中图分类号:TU375. 1文献标识码:A 1 概述 随着经济的发展和人民生活水平的提高,建筑对大空间、 大 跨度、 层高、 抗震等的要求越来越高,现浇钢筋混凝土空心楼盖就 是在这种需求下应运而生的一种新型结构形式。它是指在钢筋 混凝土中埋入预制空心管,然后将混凝土与空心管浇筑为一体, 从而形成类似若干小工字梁的现浇混凝土多孔空心板或以密肋 形式受力的现浇钢筋混凝土空心板。目前这种楼盖已被列为建 设部科技成果重点推广项目。 归纳起来,现浇钢筋混凝土空心楼盖具有以下优点:整体性 好;无梁、 大跨度,适用范围广;自重小,综合经济效益提高;板底 平整美观,节省了吊顶的费用;真正实现空间灵活分隔;有效提高 楼层净空高度(同高度可增加楼层数量 ) ; 抗震性能较好;隔音效果 优良(提高隔音8 dB20 dB) ;施工经济、 方便,可缩短工期50 %。 如果与无粘结预应力技术相结合,更显出此类结构的优越性。 架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和。 当支撑结构的侧移刚度Sb满足式(1)的要求时,为强支撑框 架,框架柱的计算长度系数按 钢结构设计规范 附录D表D - 1 无侧移框架柱的计算长度系数确定。据此条规范,经计算电除尘 器钢支架的新型优化体系为强支撑框架。由于柱的强度约束起 主要作用,可以采用满应力法进行优化设计,综合分析柱宜选用 Q345级钢材。 2) 正确而合理地运用各类型钢的几何特性,尽量争取支撑和 系杆平面内和平面外的长细比接近,尽量缩短支撑和系杆的计算 长度;具体来说,支撑和系杆截面采用双槽钢相扣组合截面,达到 平面内和平面外的长细比接近;支撑形式采用K型,不仅缩短支撑 长度而且达到拉压同时起作用的目的,并最终满足稳定约束条件。 3) 简化连接方式,构造出传力清楚、 安全可靠、 构造简单的连 接方式。由于把该体系定性为强支撑体系,又由于电力除尘器本 身上部荷载的传力明确,主要承重构件还是柱,所以支撑和系杆 的节点连接方式宜设计成铰接。 3 计算实例 3D3S的计算模型如图1所示,采用的是杆系梁单元。经 3D3S的验算为强支撑的框架结构体系。由于系杆和支撑与柱的 连接方式均采用铰接形式,所以柱的计算长度系数依据规范附录 D中表D - 1无侧移框架柱的计算长度系数查取为= 1。 经计算,整个结构体系满足规范的相关要求,并实现在钢材 优化的效果,与原结构相比节约钢材量为20. 2 %。 4 结语 1) 电力除尘器钢支架宜采用强支撑的框架结构体系。 2) 电力 除尘器钢支架的系杆与支撑与柱的连接方式宜采用铰接形式。 3) 柱的选材宜采用Q345级钢,系杆和支撑宜采用Q235级钢。 4) 柱 应按偏心受压构件进行承载力的验算,具体公式见G B 5001722003 钢结构设计规范。 5) 支撑和系杆在受压作用下长细比不宜大于 150 ,仅考虑受拉作用的系杆,其长细比不宜大于200。 参考文献: 1林尤文.我国电除尘技术水平及电除尘发展中的问题和研究 方向J .中国环保产业,1995(12) :18219. 2邹声华,刘建仁.普通旋风除尘器结构尺寸优化J .环境科学 学报,1995(5) :3422344. 3GB 5001722003 ,钢结构设计规范S. 4陈绍蕃.钢结构稳定设计的新发展J .建筑钢结构进展, 2004 ,6(2) :83284. 5陈绍蕃.钢结构稳定设计指南M.北京:中国建筑工业出版 社,1996. 60261. Optimum design of steel support of one large scale electric dust remover ZHAO Li2zhong Abstract :Based upon analysis of problems existed in original structure utilizing finite element analysis software optimum design is made for steel support of one large scale electric dust remover. Combined with one calculation exam ple optimum effect is verified in order to provide theoreti2 cal and technical references for optimum design in the future. Key words :electric dust remover , steel support , optimum design , structural system 27 第33卷 第8期 2 0 0 7年3月 山 西建筑 SHANXIARCHITECTURE Vol. 33 No. 8 Mar.2007 由于具有以上优点,现浇钢筋混凝土空心楼盖特别适用于火 车站、 商场、 停车场、 多层厂房、 图书馆、 教室等大跨度大荷载建 筑,同时结合轻质隔墙为住宅用户自行设计分隔房间提供了前提 条件。目前国内空心管的品种有很多,常见的有BDF管, GBF 管,塑料管,金属波纹管1,玻璃钢管,砂石粉加胶结材料浇筑的 薄壁盒,有的正在尝试纸制的。 2 目前国内的研究状况 虽然现浇钢筋混凝土空心楼盖还是一种新型结构形式,但是 对它的研究已经取得了一些进展。中国建筑科学研究院的黄成 若通过不同类型的无梁楼盖试验和弹塑性内力分析,系统阐述了 无梁楼盖的变形、 破坏形态以及塑性内力重分布的变化规律,并 提出了无梁楼盖考虑塑性内力重分布的塑性设计方法2。华南 理工大学研究了空心管对现浇钢筋混凝土空心板承载力的影响, 其结果指出:由于圆管与混凝土受压区相对位置的影响,空心板 的极限弯矩与实心板的极限弯矩之比随配筋率的增加而呈现非 线性增大而后减小的趋势3。武汉理工大学对竖向荷载作用下 的现浇钢筋混凝土空心无梁板的弯矩分布进行了分析,得出板在 两个方向的刚度没有太大变化,当两方向跨度比接近1时,在竖 向荷载下,板仍是双向受弯状态4。东南大学对圆管式无柱帽空 心无梁楼盖进行了试验研究,认为此种楼盖可以象无柱帽实心无 梁楼盖那样采用等效框架等实用设计方法,并考虑了孔道对裂缝 的不利影响5。 3 设计原理与计算 空心管沿布管方向的板的正截面为 “工” 字型截面,垂直于布 管方向的板的正截面变成了平面外有联系的 “T” 型截面(见图1 , 图 2) 。受弯构件在破坏时,大部分受拉区混凝土早已退出工作, 故将受拉区混凝土的大部分去掉,只要把原有的受拉钢筋集中布 置在肋中,截面的承载力计算值与原有矩形截面完全相同。截取 单位宽度楼板,根据荷载可求得板的截面界限承载力得: M 1fcbfhf ( h 0-hf/2)。 所以楼盖属于第一类T型截面,根据配筋公式得到: s= M 1fcbfh20 ,= 1 -1 - 2s, s= 0.5(1 +1 - 2s ) , A s= M fysh0 。 计算表明混凝土受压区高度在0. 02 m0. 03 m之间,中和 轴位于受压翼缘内,其承载力与等厚的实心板是一样的,但它可 以节约混凝土的用量,因而是更合理的结构形式。 通过试验及有限元计算可以发现,空心楼盖在两个方向的刚 度相差不是很大,在竖向荷载下仍是双向受弯状态,板的受力状 态没有发生根本的变化。因此主体结构一般可按现行规范设计, 暗梁按扁梁考虑,现浇混凝土空心板可按单向板或双向板进行受 力分析。 3. 1 单向空心板的计算 设空洞中心距为B ,圆孔直径为d ,折算矩形的宽度为b1,高 度为h1,由截面积、 惯性矩相等得出: d2 4 =b1h1, d4 64 = b1h13 12 ,进 而可算出折算厚度h1= 3 2 d , b1= 3d 6 ,由上两式得出h=h- h1 B b1,此即为空心板的折算厚度。 3. 2 双向空心板的计算 在平行于管孔方向取一定数量的管孔间距为板宽B,可按单 向板相似准则求取折算截面;也可近似按双向板计算内力,此时 要按实际荷载进行计算,计算方法同单向板。配筋均按折算后的 板计算,斜截面上的箍筋应按折算的肋宽计算。 4 构造要求 1) 板厚取短跨长度的1/ 251/ 35。 2) 混凝土的强度等级不 低于C20。 3) 板的空心率约为30 %50 %。 4) 板的配筋率在 0. 2 %1. 2 %之间。 5) 适用板跨度为:6 mL15 m(对非预应 力板) ,10 mL25 m (对预应力板)。 6) 板的构造尺寸:a= 0.10h0.20 h( 且 35 ) , d = 0.55h0.85h , b= 0.08h0.20h (且 30 ) , t = 0.08h0.30 h( 且 30)。构造示意图如图3所示。 5 施工程序和施工要求 施工工艺流程如下:测量放线 搭设模板 按空心管安放和 钢筋绑扎、 管线预埋位置弹线 绑扎板底钢筋和预埋管线 肋间 钢筋网片绑扎,安装空心管 绑扎面筋 检查,验收 铺设操作 马道,安混凝土输送泵管 浇捣混凝土 混凝土养护,拆除模板。 施工要求有以下几方面 :1) 空心管为轻质薄壁管,运输及施 工过程中应轻拿轻放。 2) 要求高强薄壁管安放顺直,不得出现错 位及高低不平的现象,偏差不得大于10 mm。 3) 浇筑混凝土前, 破损的空心管应用胶带粘好,以免漏浆。 4) 楼板面层钢筋的安 装,混凝土浇灌均应在马道上施工,严禁踩踏薄壁空心管。 5) 为 了防止振捣过程中混凝土受振产生的浮力使芯管发生位移,在芯 管上应绑扎抗浮钢筋。 6) 混凝土浇筑振捣时,应控制振动力,不 得损坏空心管,振捣棒的直径不得大于30 mm。 6 实施效果 近年来,现浇混凝土空心板已广泛应用于各类建筑工程,已 建成项目多达1 000万m2。湖南长沙国际金融大厦24层38层 应用了该技术,施工进度缩短为4 d一层,并已作为全国建筑业应 用技术示范工程。另外还有山西省工商银行高层办公楼、 上海联 华超市、 温州市会议展览中心等。 7 结语 现浇钢筋混凝土空心楼板作为现代建筑的一种发展趋势,越 来越受到大家的重视。要真正的应用与推广,还需要不断的研究 与探索。如果在建筑结构中能正确的使用它,就会获得良好的经 37 第33卷 第8期 2 0 0 7年3月 申云安等:现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖的特性与研究 文章编号:100926825(2007)0820074202 三角支撑形式托换结构的试验研究与分析 收稿日期:2006212201 作者简介:成林燕(19832 ) , 女,中国矿业大学建筑工程学院结构工程专业硕士研究生,江苏 徐州 221008 张玉明(19822 ) , 男,中国矿业大学建筑工程学院结构工程专业硕士研究生,江苏 徐州 221008 周 宁(19792 ) , 男,中国矿业大学建筑工程学院结构工程专业硕士研究生,江苏 徐州 221008 成林燕 张玉明 周 宁 摘 要:通过试验,研究了当托换结构的支撑体系发生变化时对结构造成的影响,比较分析了四角支撑形式和三角支撑 形式托换结构承载力和破坏形式的不同,得出三角支撑时易发生对角线对折的脆性破坏,而该受力形式对承台极为不利 的结论。 关键词:托换结构,三角支撑,脆性破坏 中图分类号:TU317文献标识码:A 在顶升纠偏工程中常常使用托换结构来完成。作为上部结 构和千斤顶之间的传力体系,托换结构的承载能力与可靠性是顶 升纠偏成败的关键所在。但在实际工程施工中,由于千斤顶是手 动液压控制,如果不进行严格指挥协调的话,各千斤顶上升的距 离不同,或者由于在顶升时某个受力短柱突然失效,托换结构的 荷载只由三个千斤顶或短柱来承担,这就偏离了原先设计的结构 形式,受力性能发生改变。因此,研究托换结构在三个千斤顶作 用下的受力性能,预测其对建筑物顶升纠偏的影响,可为实际工 程施工提供有价值的参考。 文中四角支撑形式的托换结构按照空间桁架理论1 ,2来设 计,已有的试验也证明了按照空间桁架理论来设计的托换结构是 科学可行的3。为了模拟顶升时一个千斤顶突然失效时的情况, 本试验去掉托换结构的一个支撑,来研究三角支撑情况下的承载 能力、 破坏形态及对顶升过程中的危害。 1 试验设计 1. 1 模型设计 根据千斤顶的尺寸和模型尺寸,几何相似比例取为12的试 验模型,以便在充分利用现有试验条件的基础上,较好的模拟出 原型结构性能。 1. 2 试验材料 本次试验采用的混凝土强度等级为C30 ,原柱及托换结构中 受力钢筋均为 级,原柱的箍筋为 级。两组试件均按空间桁架 理论来设计,尺寸及配筋相同如图1所示,应变片布置如图2所示。 1. 3 试验目的 试验主要研究当四角支撑形式的托换结构失去一个支撑变 为三角支撑时,托换结构的承载能力和破坏形式的变化情况。 1. 4 试验加载装置 考虑到实验室现有设备的情况,本次试验在中国矿业大学结 构实验室伺服实验机上进行,为了模拟四角支撑和三角支撑的情 况,托换结构的底部分别由四个和三个球铰支撑。 济效益。 参考文献: 1王永生,赵连瑞.金属波纹管无抽芯成孔技术在现浇混凝土空 心板中的应用与施工J .宁夏农学院学报,2004 ,25(3) :49251. 2黄成若,韩福田,肖 勇,等.无梁楼盖的试验研究及设计方法 J .建筑科学,1993(2) :17226. 3吴勇明,杨小珊,陈伟欢.钢筋混凝土楼板内暗埋圆管对截面 承载力的影响J .广东土木与建筑,2000(5) :39242. 4陈静茹,熊火清,彭少明.现浇钢筋混凝土空心无梁楼盖设计 弯矩分析J .武汉理工大学学报,2002(7) :24226. 5江 韩,搞仲学.圆管式无柱帽空心无梁楼盖的试验研究J . 建筑结构学报,2004 ,25(5) :78284. Characteristics and research progress of cast2in2site reinforced concrete hollow section shaped floor without beam SHENGYun2anSHENG Xing2yu Abstract :Present research situations of cast2in2site reinforced concrete hollow section shaped floor without beam in our country are introduced as well as its design principle. Further introduction is made for design calculation of one2way and two2way concrete slab. Construction requirements , technical process and construction requirements are discussed , whichprovide good theoretical references for its application in modern architecture. Key words :cast2in2site reinforced concrete , beamless roof , one2way slab , two2way slab 47 第33卷 第8期 2 0 0 7年3月 山 西建筑 SHANXIARCHITECTURE Vol. 33 No. 8 Mar.2007