空心板楼盖受力特性与受力岛设计理论.doc

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1、空心板楼盖受力特性及受力岛设计理论(谢靖中)日期：2010/3/30<摘要>本文首先分析了板式楼盖结构与梁式楼盖结构受力差异，表明板式楼盖呈现岛状受力特性，即内力向柱端岛状区域内集中，而其它部位相对较小。板式楼盖与密肋梁楼盖的受力较为接近，而与普通梁格楼盖差别显著。用等代梁格计算板式楼盖只是一定程度上的近似，计算结果受梁扭转刚度折减系数的取值影响显著。本文经分析表明，空心板楼盖仍呈现板式楼盖的受力特点，并且岛状受力特性更明显，内力更集中于柱端区域。本文在深入分析板式楼盖受力特性的基础上，提出了板式楼盖设计的受力岛理论：不将板式楼盖的设计人为地

2、纳入到梁式楼盖的体系，充分认识、并体现板式结构内力的岛状特性，并根据该项基本认识，1)确定板式楼盖合理的配筋方式；2)采取符合板式结构受力特点的、合理有效的结构优化方法；本文提出了板式楼盖合理的配筋方式。板顶配筋分为分受力岛区、核心加强区、跨中区，板底配筋分为实心板带区、边板区、中板区。这种配筋方式，体现了板式楼盖的受力特点，并能有效降低配筋量。本文提出加强受力岛区域的结构优化方法。加厚受力岛区域，在不影响建筑功能，在很少增加混凝土用量情况下，能全面降低楼盖各部位的配筋量，并且降低配筋峰值。本文分析了影响板式楼盖抗震性能的因素。提出加强受力岛

3、区域以提高结构抗侧刚度。并提出加厚受力岛区域，减小混凝土受压区高度，提高受力岛区域内板的延性，从而提高结构在大震作用下的性能的技术思路。<关键词>板式楼盖，空心板楼盖，等代梁格，受力岛，结构优化，结构抗震1引言现浇空心板无梁楼盖结构是近年来发展起来的新型混凝土结构类型。现浇空心板结构充分利用空腔板结构良好的力学性能，能有效降低结构层高度、获得较好的使用空间，并且钢筋构造及支模简单，施工速度快，有效克服现浇混凝土结构费人工、施工周期长的缺点。在众多厂家和研究单位的努力下，现浇空心板结构仍在不断发展，更有效的新型结构不断涌现。尤其是最近发展起来的

4、方盒空心板结构，空洞率高、材料利用效率好、有效减少支护模板、施工速度快，在一般情况下能达到普通梁板体系结构混凝土、钢筋用量均节省的效果。在妥善解决预制模壳与现浇板、肋的连接，以及解决好施工问题之后，方盒空心板作为一种有潜力的新型结构类型，必将得到大范围的推广应用。现阶段现浇空心结构的设计，在一定程度上仍延续了早期的实心板无梁楼盖的设计思想。由于计算手段等技术条件的限制，早期的无梁楼盖结构设计，实际上采用的是梁式结构的设计方法，即将大板划分成柱上板带、柱间板带，按柱间主、次梁的计算内力，并进行配筋构造。如此同时，对于空心板楼盖结构，现阶段在一些

5、设计中着重强调柱间实心板带和空心板之间刚度的差异，也将空心板楼盖结构按梁式楼盖进行计算和构造。实际上，板式楼盖的受力和梁格楼盖的受力具有显著不同的特点。现浇空心板结构的实心板带和空心板之间有刚度差异，但其总体上仍呈现板的受力特点。现浇空心板结构按梁格进行计算，在一定程度上是近似计算；按梁板楼盖进行配筋构造，将不能充分发挥现浇空心板结构的技术优势，导致配筋量的增加。本文将对比分析板式楼盖与梁格楼盖的受力差异，并分析现浇空心板结构的内力分布特点。本文还针对浇空心板结构的受力特点，提出“受力岛”设计方法。该方法符合现浇空心板结构的竖向重力荷载、侧向

6、荷载作用下的受力特点，符合抗震结构的设计要求，并且能有效降低配筋量。本文将对受力岛设计方法所涉及的计算、配筋构造、结构优化、抗震等方面的问题进行较为全面的阐述。2板式楼盖的受力特点这里通过具体的结构算例分析板式楼盖与梁式楼盖受力的差异。为了便于得出规律性认识，分析针对实心平板楼盖进行。如图1(a)所示柱支承多跨连续板式楼盖，实心平板厚0.3m，作用均布面荷载10kN/m2。分别用板单元进行精确有限元分析，和等代梁格进行近似模拟。这是板式楼盖两种计算模式的分析对比，其结果实际上是反映了板式楼盖，与密肋梁楼盖、梁式楼盖不通的受力性能。用板单元进行

7、有限元计算的单元网格如图1(b)所示，有限元平均网格小于0.5m。在柱范围内加深梁，模拟柱截面对其范围内板变形的接近刚性的约束作用，同时也避免一点支承时产生板内力集中的情况。等代梁格有两种情况。一种按间隔1.0m的10梁格，相当于密肋梁楼盖，如图1(c)所示。一种是间隔2.5m的4梁格，即为普通的梁扳式楼盖，如图1(d)所示。梁截面高度同楼板厚度，宽度取梁格间距。10梁格的梁扭转刚度折减0.5，4梁格的梁扭转刚度折减0.75，有关扭转刚度的取值，将在后面专门讨论。(a)结构平面(b)板单元计算模型(c)10梁格(b)4梁格图1、柱支承多跨连续

8、板三种模型计算得到X向梁的弯矩，相当于楼盖整体绕Y轴的弯矩My，绘制成等高线图，示于图2(只显示左下1/4楼盖)。对于梁格模型，由于存在Y向梁的扭矩，使得X各梁段端