板柱-剪力墙结构设计

板柱－剪力墙结构设计

摘要:要：板柱-剪力墙结构形式在地下工程中广泛应用，垂直荷载作用下板柱结构的内力可用经验系数法计算，板柱结构的整体计算可通过PKPM软件中的SATWE软件进行；柱顶托板的设计。

板柱结构是一种经常被采用的结构体系，它具有不少优点，如施工支模及绑扎钢筋较简单，结构本身高度较小，可以充分利用建筑物竖向高度，从而降低建筑物的造价等。在地下工程中板柱-剪力墙这种结构形式更是被广泛应用，我们在中央大街-友谊路过街地下工程中亦采用了此种结构形式。

地下建筑的结构形式要根据建筑的跨度、使用要求、荷载情况等条件来确定。常用的结构形式有两种：封闭框架（箱涵结构）和板柱-剪力墙结构。当断面跨度较小时，一般采用封闭框架形式，如过街地道；当断面跨度较大时，一般采用板柱结构形式，如地下商业街。友谊路地下工程中过街通道净宽需要25米，断面跨度较大，采用了板柱-剪力墙结构（图1），商业街也采用了板柱-剪力墙结构（图2），板柱结构部分为商业店铺，区域分隔灵活可变，剪力墙与外墙之间主要为出入口及管理用房。

在中央大街-友谊路过街地下工程中，主体结构的内力计算我们采用了PKPM软件进行计算，手算进行校核的计算过程。板柱结构、板柱-剪力墙结构在垂直荷载和水平荷载作用下的内力及位移计算，宜优先采用连续体有限元空间模型的计算方法，也可采用等代框架杆系结构有限元法或其他计算方法。

符合下列条件时，在垂直荷载作用下板柱结构的内力可用经验系数法计算：

1. 活荷载为均布荷载，且不大于恒荷的3倍；

2. 每个方向至少有三个连续跨；

3. 任一区格内的长边与短边之比不应大于1.5；

4. 同一方向上的最大跨度与最小跨度之比不应大于1.2；

5. 不规则柱网，柱的偏离值不应大于跨度的10%。

本工程满足上述条件，所以内力采用经验系数法进行计算。按经验系数法计算时，应先算出垂直荷载产生的板的总弯矩设计值，然后按表1确定柱上板带和跨中板带的弯矩设计值。

对X方向板的总弯矩设计值，按下式计算：

Mx=qly(lx-2C/3)2/8

对Y方向板的总弯矩设计值，按下式计算：

My=qlx(ly-2C/3)2/8

式中q——垂直荷载设计值；

lx、ly——等代框架梁的计算跨度，即柱子中心线之间的距离；

C——柱帽在计算弯矩方向的有效宽度；无柱帽时，取C=0。

在运用软件计算时，无梁楼盖的板柱结构的整体计算可通过PKPM软件中的TA T软件或SATWE软件进行。TA T软件对楼板的模拟与实际工程情况有一些出入，因此我们可以采用SATWE进行更为准确的计算。

在采用SATWE软件分析无梁楼盖结构时，由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的功能，可以采用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板的刚度和计算变形。因此我们可以采用SATWE软件直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算，但我们还必须在建模时进行一定的处理：在PMCAD人机交互式输入时，在以前需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100x100的矩形截面虚梁。（但在边界处及开洞处最好是布置实梁）。这里布置虚梁的目的有二个：一是为了SATWE软件在接力PMCAD的前处理过程中能够自动读取楼板的外边界信息；二是为了辅助弹性楼板单元的划分。当然，虚梁是不参与结构的整体分析的，实际上SATWE的前处理程序会自动将所有的虚梁过滤掉。此外，为了正确分析该结构，在SATWE 程序中还应将无梁楼盖的楼板定义为弹性楼板。模型建立后就可使用SATWE软件对无梁楼盖结构进行三维整体分析计算了。必须注意的是，由于在此定义了弹性楼板，我们必须选择“算法二”即总刚算法进行计算。

本工程在计算过程中遇到一个比较显著的问题，就是由于荷载、跨度都比较大，产生的弯矩和变形亦很大，尤其柱顶的负弯矩相对很大，这样配筋就不合理，而且施工也很困难，所以在柱顶设置了托板，以减少在柱顶的负弯矩配筋。托板的长度和厚度应按计算确定，且托板每方向的长度不宜小于板跨度的1/6，托板的厚度不宜小于1/4无梁板的厚度；当采用柱顶加托板以减少在柱顶的负弯矩配筋时，托板尺寸除符合上述要求外，尚需注意托板厚度不得大于1/4托板长度。