密肋樓蓋在大跨度異形空間中的應(yīng)用.doc

密肋樓蓋在大跨度異形空間中的應(yīng)用秦德峰1 金明昌1 王大偉1 （1 天津房屋鑒定勘測(cè)設(shè)計(jì)院）【摘要】 鑒于密肋樓蓋剛度大、抗震性好、增加凈高、施工速度快、外型新穎美觀的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐，對(duì)大跨度異形密肋樓蓋有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，探討了此種結(jié)構(gòu)用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)問(wèn)題。 關(guān)鍵字：密肋樓蓋 大跨度 異形板 設(shè)計(jì)方法隨著生活水平的提高，人們對(duì)居住空間的要求越來(lái)越高，異形大跨度空間也越來(lái)越多地出現(xiàn)在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)中，而在這種復(fù)雜大開(kāi)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓蓋的結(jié)構(gòu)形式選擇是關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性、建筑凈高要求、施工方便、外型美觀性都是需要考慮的因素。而密肋樓蓋剛度大、抗震性好、增加凈高、施工速度快、外型新穎美觀的特點(diǎn)使之非常適合應(yīng)用于這類(lèi)大空間建筑中。本文以一工程為例，結(jié)合近幾年對(duì)大開(kāi)間密肋樓蓋的研究成果，對(duì)此種結(jié)構(gòu)用于實(shí)際工程時(shí)的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了探討。1 工程概括該工程為一辦公樓項(xiàng)目，建筑面積約為5000m2，建筑主體為地下一層，地上四層，地下室層高為4.8m，地上各層層高為3.9m，結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g）,設(shè)計(jì)分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為類(lèi)，采用樁筏基礎(chǔ)。建筑平面呈L形，在L形兩肢連接處局部有異形大空間房間，尺寸約為18m18m，詳見(jiàn)圖1，此處樓板由于建筑上要求，梁截面高度不能超過(guò)850mm。圖1 結(jié)構(gòu)平面圖2 樓蓋結(jié)構(gòu)形式的選取針對(duì)此大空間房間跨度較大，而且房間形狀不規(guī)則屬于異形板的情況，最先考慮采用井字梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力肋梁樓蓋及密肋樓蓋三種結(jié)構(gòu)形式，但由于井字梁樓蓋難以滿(mǎn)足建筑梁高不能超過(guò)850mm的要求，而預(yù)應(yīng)力肋梁樓蓋施工較為復(fù)雜且經(jīng)濟(jì)性不高，兩者不適合該工程被棄用，而密肋樓蓋整體性好，剛度大，承載能力高，自重較輕，抗震性能好，樓蓋結(jié)構(gòu)層厚度小，工程造價(jià)低，施工方便，造型新穎美觀等優(yōu)點(diǎn)，較前兩者更適用于本工程，最后決定選用密肋樓蓋結(jié)構(gòu)形式。3 密肋樓蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸及間距本工程根據(jù)以往研究結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)，參考井字梁結(jié)構(gòu)的跨高比、鋼筋混凝土實(shí)心板跨高比取值及小肋距的影響，并針對(duì)本工程跨度較大的情況，肋高按L/20L/25?。↙為短跨方向跨度，此處取18000mm）800mm，密肋板厚取100mm,肋寬取250mm，肋中心距取1.2m。為了使兩個(gè)方向的肋梁都支承在豎向位移都很小的支座上，本密肋樓蓋的四周布置了寬高為450mm850mm的剛度較大邊梁。密肋肋梁布置方式選取兩種方式：方式一為部分肋梁交于框架柱上（見(jiàn)圖2），方式二為全部肋梁避開(kāi)框架柱（見(jiàn)圖3），根據(jù)分析結(jié)果確定最為合理的布置方式。圖2 結(jié)構(gòu)平面圖(方式一)圖3 結(jié)構(gòu)平面圖(方式二)4 密肋樓蓋靜力內(nèi)力分析由于此密肋樓蓋為異形樓板，內(nèi)力分析較為復(fù)雜，常規(guī)樓板分析中的荷載分配、荷載傳導(dǎo)及內(nèi)力計(jì)算等假定不太適合該異形樓板分析，為了得到較為精確的結(jié)果，本工程采用精確有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，分別通過(guò)Sap2000和Midas有限元分析軟件建模分析，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而得到較為合理的內(nèi)力結(jié)果，然后再進(jìn)行配筋計(jì)算。在建立有限元模型時(shí)將樓板離散為多個(gè)空間板單元，肋梁離散為多個(gè)空間梁?jiǎn)卧吡河煽蚣芰夯蛑?；在有限元分析時(shí)，整個(gè)板單元以肋梁?jiǎn)卧獮榻邕M(jìn)行劃分，而每小段肋梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)t劃分為兩個(gè)單元。圖4 Midas分析彎矩圖圖5 Sap2000分析彎矩圖圖6 Midas分析剪力圖圖7 Sap2000分析剪力圖整個(gè)密肋板呈對(duì)稱(chēng)布置，為了方便結(jié)果對(duì)比，我們?nèi)【哂写硇缘乃母蚣芰哼M(jìn)行分析，分別編號(hào)為ML1ML4，各梁位置見(jiàn)圖2及圖3，分別通過(guò)Sap2000和Midas有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后彎矩圖見(jiàn)圖4及圖5，剪力圖見(jiàn)圖6及圖7，各肋梁內(nèi)力結(jié)果見(jiàn)表1。表1 肋梁內(nèi)力結(jié)果（絕對(duì)值）布置方式一布置方式二左支座跨中右支座左支座跨中右支座ML1彎矩M（kN/m2）MIDAS結(jié)果 1019254810727265551Sap2000結(jié)果911252809727264552剪力N(kN)MIDAS結(jié)果 67505015270306Sap2000結(jié)果61505005250306ML2彎矩M（kN/m2）MIDAS結(jié)果 218249209163257170Sap2000結(jié)果209247212166256168剪力N(kN)MIDAS結(jié)果 4407715072Sap2000結(jié)果6007816073ML3彎矩M（kN/m2）MIDAS結(jié)果 1201939110419767Sap2000結(jié)果1241939410519669剪力N(kN)MIDAS結(jié)果 5004834041Sap2000結(jié)果5404834041ML4彎矩M（kN/m2）MIDAS結(jié)果 1891275913212953Sap2000結(jié)果1901266013412854剪力N(kN)MIDAS結(jié)果 12906672068Sap2000結(jié)果12706673068由分析結(jié)果我們可以得到：1）兩種軟件分析結(jié)果基本相同，說(shuō)明該密肋樓蓋有限元分析結(jié)果較為穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)方案滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2）兩種布置方式下，密肋板中部的肋梁內(nèi)力最大，越往板邊，肋梁內(nèi)力越?。幻芾甙逯虚g最大撓度值為30mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求，且整體撓度變形呈“碗”形；說(shuō)明密肋板的內(nèi)力及撓度分布基本符合平板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3）兩種布置方式下，除了“布置方式一”中由于框架柱豎向剛度較大，與框架柱相連的肋梁支座內(nèi)力較大外，其余肋梁內(nèi)力較小且較為接近。說(shuō)明密肋樓蓋整體性受力好，承載能力高。綜上所述，可以得出密肋樓蓋有限元分析結(jié)果較為穩(wěn)定可靠； “布置方式二”中各肋梁內(nèi)力分布更為均勻，受力性能較好，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用此種布置方式。5 密肋板的配筋方案密肋樓蓋的配筋方式有別于普通梁板樓蓋體系中的板配筋，考慮到經(jīng)濟(jì)性、樓板混凝土開(kāi)裂狀況及施工方便性等因素，密肋樓蓋的受力配筋主要為配置在肋梁下部的受拉鋼筋及支座處的負(fù)筋。由于密肋樓板肋梁間常填充砌塊等材料，會(huì)與肋梁共同作用，增強(qiáng)整個(gè)密肋板的受力，但考慮到填充材料強(qiáng)度較低、增加肋寬的作用對(duì)配筋影響不大以及有的工程不予填充等情況，此種作用一般不予考慮。1）肋梁底部拉筋及箍筋應(yīng)按承載力計(jì)算結(jié)果確定。本工程依據(jù)有限元分析所得到的各肋梁內(nèi)力進(jìn)行配筋計(jì)算，底部拉筋通長(zhǎng)配置，在兩個(gè)方向密肋兩相交的交點(diǎn)處，短向的縱向受力鋼筋應(yīng)設(shè)置在長(zhǎng)向縱向受力鋼筋的下面。箍筋采用雙肢箍，由于密肋板肋梁間距較小，肋梁混凝土已足以抗剪，所以箍筋一般構(gòu)造配筋即可。2）密肋梁頂面應(yīng)配置20%25%縱向受力鋼筋截面面積的縱向構(gòu)造鋼筋；而在肋梁支座處受拉區(qū)應(yīng)配置支座負(fù)筋，支座負(fù)筋應(yīng)根據(jù)支座處內(nèi)力計(jì)算配置，且宜選較細(xì)直徑鋼筋按單排設(shè)置，并可布置在肋梁T形截面中翼緣板中，但肋梁中至少應(yīng)至少有一根受力鋼筋，由于本案中肋梁寬度較寬，所以肋梁上部至少需要兩根受力鋼筋。密肋板其余部分板配筋只需按構(gòu)造配筋即可，考慮到雙向密肋樓蓋整體性好，剛度大，裂縫分布比較細(xì)密均勻，所以可以選擇細(xì)而密的鋼筋形成鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行配置，這對(duì)抑制密肋板裂縫有很好效果。3）密肋樓蓋撓度最大值為30mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。在實(shí)際施工時(shí)，可以考慮對(duì)樓蓋預(yù)先起拱，起拱量按1/10003/1000取，本設(shè)計(jì)方案取預(yù)先起拱25mm進(jìn)行施工。6 結(jié)論1）通過(guò)分析本工程大跨度異形空間的特點(diǎn)，最后選擇密肋樓蓋結(jié)構(gòu)形式，并確定了兩種密肋肋梁布置方式。2）通過(guò)應(yīng)用Sap2000和Midas有限元分析軟件對(duì)大跨度異形密肋樓蓋進(jìn)行建模對(duì)比分析，得到了較為穩(wěn)定可靠的結(jié)果，經(jīng)過(guò)兩種布置方式的結(jié)果對(duì)比確定了密肋肋梁避開(kāi)框架柱的最優(yōu)布置方式。3）通過(guò)合理配筋、預(yù)先起拱等措施，使密肋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分滿(mǎn)足承載力、裂縫、撓度等使用要求。鋼筋混凝土密肋樓蓋是一種空間受力的結(jié)構(gòu)形式，受力性能好，仍有較大挖掘潛力，因此在今后設(shè)計(jì)中應(yīng)充分優(yōu)化截面形式及配筋用量，使之更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。綜上所述，密肋樓蓋在大跨度異形空間中使用是合理可行的。參考文獻(xiàn)：1 李培林，吳學(xué)敏.混凝土密肋及井式樓蓋設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京；中國(guó)建筑工業(yè)出版社，20042 趙曼旭.鋼筋混凝土模殼密肋樓蓋的內(nèi)力分析J.天津建設(shè)科技，2001（1）；23-24.3 趙曼旭.鋼筋混凝土密肋樓蓋在豎向荷載作用下的有限元分析與剛度裂縫的研究.天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院碩士論文，1992.64 蘇革成.雙向正交空心樓蓋和密肋樓蓋試驗(yàn)比較研究J.山西建筑，2007,33（27）；86-87.作者簡(jiǎn)介：秦德峰 男 1982.9 初級(jí)職稱(chēng) 天津房屋鑒定勘測(cè)設(shè)計(jì)院 天津市和平區(qū)衛(wèi)津路131號(hào)，300070金明昌 男 1984.10 初級(jí)職稱(chēng)