大柱网变厚度板柱结构设计

0 引言 无梁楼盖的应用历史悠久, 它具有 明显的优点: 楼
盖结构的高度小, 板厚取 较大柱 网尺 寸的 1P30~ 1P35, 可最大限度降低层 高; 具有 平滑 的天棚, 采光、通 风及 卫生条件良好, 较小 的传声 性和 导热性, 且施 工简便; 当荷载较 大时, 更 能显 示 出其 经 济性, 特 别是 当 小柱 网、大荷载时经济指标较好。但它也具 有突出的缺点: 如板厚、自重大, 板柱 结构的 抗侧 刚度弱, 在地震 区必 须设计成板柱 剪力墙 结构, 房屋的 适宜 最大高 度受到 更严格的控制; 耗钢 量较大, 当柱 网尺寸 增大 时, 板中 内力按跨度的平方增长, 配筋明显加大。
SLABCAD 进行计算。结构整体计算时将楼板按等代梁
输入, 等代梁的宽度取 b+ 12 hc( b 为加强带的宽度) 和
垂直于计算跨 度方向 两相 邻柱网 尺寸之 和乘 以 01375
的较小值。侧向荷载产生的弯矩全部由加强带承担。
( 4) 楼板在竖 向荷载 作用下 也可 采用等 代框 架法
计算其内力。等代框架的计算宽度取垂直 于计算跨度
L xPL y 及板带刚度比 i, 按文[ 1] 中图 2 的曲线查得弯矩 分配系数, 将总弯矩分配给柱上板带和跨中板带。
( 5) 受冲切承载力计算: 冲切临界面 发生在不同厚
度的板中, 若为方柱 bc = h c ( 图 1) , 将加 强带冲切斜面 ABCDEF 的面积折算成底边为 b1 的梯形 ACcDcF, 得:
阐述了柱网轴线上的板带加厚形成交叉加强板带 后, 结构的设 计要点 及构 造要求。这 种变 厚度板 柱结 构是设计大柱网、重荷载板柱结构的合 理结构形式, 其 外形与扁梁框架相似, 但是加强带与扁 梁相比, 高度明 显减小, 宽度 随着柱 网尺 寸的增 加而 加宽。无梁 板的 内力向加强带凝聚, 使其他大面积板中 的内力减小, 因 此可以减薄板厚、减轻结构自重。设计 加强带后, 增加 了板柱结构的抗侧刚度, 加强带中适合 施加预应力, 为 设计更大柱网的板柱结构创造了条件。
1 结构设计要点 变厚度板柱结构是介于扁梁框架和普通板柱结构
之间的体系, 其外观同扁梁框架, 但内力 计算及变形特 征又与板柱结构相同, 设计要点如下:
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( 1) 沿柱网轴线布置加 强带后, 柱上板带 截面呈 T
形, 在承载力计算中引入设计条件, 即跨中 截面达到承
载能力极限状态时, 加强带和板的受压区 高度相等, 其
h 0 = ( u h h0 + u b hc0Pum )
( 5)
冲切计 算 公式 见 文[ 2] 中式 ( 12) , ( 13) 。 当为 矩 形柱
时, h c 取长边。 当冲切承载 力计算 不满 足时, 可 采取 加柱帽 或加
托板, 加强带水平加腋来解决, 见图 2。
(1: 临界截面的周长; 2: 冲切破坏锥体底面线) 图 1 受冲切承载力计算
方向的两个相邻柱网尺寸之和的 1P2, 承受 该宽度上的
作者 简介: 孙 澄潮, 学士, 教 授级高 级工程 师, Email: sunchengchao73 @ 126. com。
全部作用荷载, 求 出 x, y 向 楼板的 总弯矩设 计值。柱
帽在计算方向的有效宽度 c = 2( h - hc) + bc ( b c 为平 行于计算方 向的 柱截面 尺寸) 。根 据不 同的柱 网尺寸
纵向受拉钢筋均达到抗拉设计强度。支座 截面达到承
载能力极限状态时, 板上下钢筋都达到抗 拉设计强度,
充分发挥板中钢筋的作用。承载力计算公式见文[ 1] 。
( 2) 由于楼板 在竖向 荷载作 用下 的变形 规律 与无 梁楼盖相同, 所 以加强 带的厚 度与 板的厚 度相 比应适
当, 不能形成 梁式支 承而产 生明 显的局 部变 形。要满
( 1) 加强带的跨 高比可按 表 1 选用。加强 带的宽 度取柱网较大尺寸的 1P8。
加强带的跨高比
楼板性质
普通楼板
人防顶板
5级
6级
非预应力 18~ 23 11~ 12 13~ 14
表1
预应力 22~ 27
-
( 2) 板的厚度: 当 加强 带施加 预应 力时, 板的 厚度 取 014 [ hcPh [ 016, 且 满足 柱网 较大 尺寸 的 1P60。非 预应力时, 板的厚度取 0145 [ hcPh [ 01 55, 且满 足柱网 较大尺寸的 1P50。
通过不同柱 网尺寸、不同 荷载的 工程 项目的 计算
结果发现, 各工 程单位 设计 荷载所 需每 平米板 的耗钢 量与板的混凝土折算厚度的乘积的结果在很小的数值
区间内变化, 当板厚取大时, 其值偏大, 反之就偏小, 因 此可认为板的两项主要经济指标的乘积与荷载设计值
成正比, 即:
S h = Bp
( 6)
Design of variable thickness slab- column structure with long span Sun Chengchao, Zhao Hui, Zhang Jingsheng
( Pan-China Construction Group Co. , Ltd. , Beijing 100082, China) Abstract: The load capacity design condition, variable thickness ratio, internal force analysis, punching calculation, construction requirement and economical index control etc. for variable thickness slab- column structure were summarized. Variable thickness slab- column structure in the basement of a large market with 1018m @ 1018m span was designed. The thickness of slab belt in the axis was increased to form the intersection strengthened slab belt and better technica-l economical index was obtained. Keywords: long span; variable thickness slab- column structure; load capacity design condition; variable thickness ratio; punching calculation; hollow design
第 40 卷 第 7 期
建筑结构
2010 年 7 月
大柱网变厚度板柱结构设计
孙澄潮, 赵 辉, 张京生
( 泛华建设集团有限公司, 北京 100082)
[ 摘要] 总 结了设计变厚度板柱结构的承载力设计条件、变 厚度比、内力分 析、冲 切计算、构造要求、经济 指标控制 等。针对某包括 6 级人防顶板、柱网尺寸为 1018m @ 101 8m 的大型 商场地下 室变厚度板 柱结构 的设计, 将柱 网轴线 上的板带加厚, 形成交叉加强板带, 取得了较好的技术经济指标。 [ 关键词] 大柱网; 变厚度板柱结构; 承载力设计条件; 变厚度比; 冲切计算; 中空设计
b1 = 2 b - h c - ( b - h c) 2P2 h0 则加强带和板的临界面周长分别为:
u h= 4 b - ( b - hc ) 2Ph 0
( 2)
ub=
4 2
h0 -
( b-
hc) +
( b- hc) 2 4h 0
( 3)
冲切临界面周长为:
um = u h + u b
( 4)
板截面的折算有效高度为:
3 经济指标控制 变厚度无梁板的材料消耗指标取决于结构柱网尺
寸、荷载大小和板的 厚度, 前 两项 由工程 条件 决定, 板
厚一般按板带 的跨高 比经 验选择, 有时 也会根 据使用 要求受到建筑条件的限制, 板的厚度 hc 不仅影响到混 凝土板的折 算厚 度, 而且 涉及耗 钢量 的大小。因 此板 厚的选择, 对板的技术经济指标是至关重要的。
板的上筋应 连续通 过加 强带, 不 能将 加强带 作为 锚固端或在加强带中搭接。板的下筋应 锚入加强带且
应满足锚固长度要求。
加强带开洞 后纵筋 绕洞 布置, 箍 筋在 洞的两 侧配
置。板开洞后应 在洞 边加补 强筋, 每 侧不 少于被 洞切 断钢筋面积的一半。当板上开洞尺寸不 满足开洞要求
时, 在洞边可布置厚板带, 按有限元分析配筋。 ( 6) 加强带按 LP300( L 为加强带的跨度) 起拱。
( 3) 板的中空: 距 柱边 2h 的加 强带及 距加 强带边 2 hc范围内的板不宜中空, 有利于提高板的 刚度和来自百度文库小 主要受力断面的裂缝宽度。其他中空构造可见文[ 5] 。
( 4) 楼板开洞( 图 3 ) : 可 参考 文[ 6] 的 81214 条, 按 以下要求预留: 洞 1: a = b [ bcP4, 且 [ hcP2, 其中 bc 为 柱断面较小尺寸; 洞 2: 洞在加强带上: a [ A2P4, b [ bcP 4, 且 [ hcP2; 洞 在 板上: a [ A 2P4, b [ B1P4; 洞 3: a [ A 2P4, b [ B2P4。
( 5) 配筋要求: 加 强带 具有较 大的 抗剪 能力, 一般 计算不需要配置箍筋, 但考虑抗震的构造 要求, 为了承 受垂直加强带方 向的 弯矩, 同 时作 为加强 带的 下筋的
图 3 楼板开洞要求
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分布筋, 构造 配四肢 箍, 直径 不小 于 8mm, 加强带 端部 加密区箍筋间距取 100mm, 非加密 区间距 取 200mm, 加 密区长度取 b+ h 。加强带 的纵筋 不少于 75% 应伸入 柱中, 并按框架梁的要求与柱锚固, 支座 负筋的长度取 相应柱网尺寸的 1P4。
足承载力设计条件, 板也不能太薄, 板的厚 度必须满足
变厚度比 A的要求[ 2] :
hcPh \ A
( 1)
式中: h 为加强 带的 厚度; hc为板 的厚 度; 当 加强 带为
非预应力时 A= 0145, 当加强带为预应力时 A= 014。
( 3) 竖向荷载 作 用 下, 楼板 采 用 有限 元 分 析 程序
( 8) 加强带中 适 合 连 续施 加 预 应力, 由 于 板 厚增 加, 增大了预 应力 效应。 而且 由于 柱上 板带 截面 呈 T 形, 截面的 W0PA 0 值增大( 其中 W0 为截面 抗裂边缘的 弹性抵抗矩, A 0 为截面的毛面积) , 因 此可以减 少预应 力筋的配筋量[ 4] 。加强带张拉预应力后其效应会影响 到薄板, 同 时改 善薄 板 的内 力 和 抗裂, 减 小楼 板 的挠 度, 为大柱网板柱结构的设计创造了有利的条件。 2 构造要求
图 2 增大受冲切 能力的措施
( 6) 无梁楼盖是带裂缝工作的, 开裂 荷载小于荷载 标准值, 在正常使用 阶段, 主 要受 裂缝宽 度控 制, 随着 荷载增长, 裂缝开展, 挠度迅 速增 大, 在破 坏阶段 主要 受挠度控制。由 于楼 板整体 空间 作用, 塑 性内力 重分 布的空间大, 其破坏安全系 数在 214 以上, 比 一般梁板 体系有更大的后备承载力[ 3] 。从变厚度无梁楼盖的计 算可知, 加强 带的配 筋是 由裂缝 宽度 控制的。变 厚度 无梁楼盖应进行正常使用极限状态设计。
( 7) 中空设计: 大柱网 造成 板的 厚度增 加, 自 重加 大, 对计算不利, 在设计中对加强带采用 高强混凝土薄 壁筒芯成孔, 对板采用薄壁筒芯或薄壁 箱体成孔, 设计
成中空板可减轻楼 板自重 约 25% , 板中空 会降 低板带 的抗弯刚度, 使有效受拉混凝土截面面积 减小, 按其计 算的纵向受拉钢 筋配 筋率增 大, 因 此会增 大板 带的挠 度和裂缝宽度, 需要从构造上采取措施进行弥补。
式中: S 为 楼板 的耗钢 量PkgPm2; h 为楼板 的混 凝土折