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SLABCAD在現澆混凝土空心無梁樓蓋設計中的應用

查看:644  發布日期: 2021-5-26

孔玉峰 · 西安啟元建筑結構設計事務所(原文摘自pkpm新天地2016.3期)

1 前言
隨著房地產行業的降溫, 越來越多的房地產建設方開始注重建設成本的優化,F澆混凝土空心無梁樓蓋技術,因其簡化了傳力途徑,不增加結構材料的基礎上加大了抗彎力臂等先進的受力性能,有著非常優越的經濟優勢,特別是在大跨度、大荷載的車庫頂板中,現澆混凝土空心無梁樓蓋相對于井字梁結構體系能節約150元/㎡左右,因此這兩年像萬科等這樣的知名地產開發商也開始大力推廣現澆混凝土空心無梁樓蓋技術。
但是,由于國家規范、規程發布較晚(《現澆混凝土空心樓蓋技術規程》2012年8月發布實施),以及現澆混凝土空心無梁板的計算軟件相對滯后,致使很多設計同行不太了解現澆混凝土空心無梁樓蓋的設計方法,因此在一定程度上也阻礙了現澆混凝土空心無梁樓蓋的技術推廣。筆者結合實際工程項目根據多年的研究和設計經驗,介紹一下“SLABCAD軟件在現澆混凝土空心樓蓋設計中的應用”希望對設計同行有所幫助,對新型技能技術的推廣和發展盡一份微薄之力。


2 規范與軟件分析
現澆混凝土空心板受力單元可以看作雙向工字型截面,配筋和截面形式如右圖:


目前軟件說明能計算現澆空心板的軟件比較多,比如YJK、STRAT 等,但是筆者仔細研究了這兩個軟件的輸出結果,均為按照梁式配筋結果輸出,沒有芯模范圍頂板和底板配筋,也就是無法考慮芯模范圍內配筋與肋梁配筋協工作的實際情況,這樣的設計結果勢必造成一定浪費,增加含鋼量.

為了計算準確,充分發揮空心板的經濟優勢,筆者仔細研究了《混凝土結構設計規范》,根據混凝土規范6.2.11(內容引用如下):



當受壓區高度χ位于翼緣范圍內時,工字型截面受彎計算公式同等厚實心矩形截面;《現澆混凝土空心板技術規程》5.2.3也明確指出可按照等厚實心板進行計算,又根據混凝土規范受彎承載力計算公式6.2.10:

受彎承載力計算和剛度和彈性模量無關。因此,綜合以上分析,現澆混凝土空心樓蓋完全可以用中國建筑科學研究院編制的SLBCAD軟件按照等厚實心板計算。


3 SLABCAD軟件的應用
確定了SLABCAD軟件能等效計算現澆混凝土空心樓蓋以后,軟件的使用相對比較簡單。軟件使用界面如下圖:為了全面介紹SLABCAD軟件在計算空心板中的應用,本文分地上和地下兩種情況進行介紹:

1.地下建筑:
因是地下車庫結構,可以不考慮抗震計算和水平風荷載作用,可在PMCAD建模中,在柱網軸線上輸入100x100的虛梁(方便軟件劃分板帶),板厚按照等厚實心板輸入,這里需要注意,因為等厚實心板多考慮了空心部分的混凝土自重荷載,所以在恒荷載輸入的時候,應減去空心部分的混凝土自重。因為軟件是組合豎向荷載和水平荷載進行計算,并且在后面的柱沖切計算中需要調取SATWE計算結果,所以雖然地下建筑不考慮水平荷載,但在PMCAD建模完成后,應進行SATWE計算。利用SLABCAD軟件進行配筋計算時,須進行軟件的①②③④項,主要的板配筋結果在第④項“板帶交互設計及驗算”中完成。進入第①項后軟件菜單如右圖:


對于多層地下室,每一個樓層都要進行②③④項的運行,軟件無法一次計算多層。軟件第②項為有限元分析計算,無需設置什么,第③項為有限元計算結果,可以顯示不同工況下的內力結果。

主要的板帶配筋結果在第④項軟件中計算完  成進入后軟件界面如左圖:進入軟件第④項后, 主要執行的菜單為“參數設置、板帶修改、內力計算和配筋驗算”四項。在參數設置中,當計算配筋位置選0時,計算出的柱上板帶配筋結果已經考慮了柱帽的影響;最小配筋率可以根據《現澆混凝土空心樓蓋技術規程》7.1.9進行折減,當板厚較大時,能起到減小配筋率的作用。需要注意的是,在SALBCAD計算時,無梁板與帶框梁的板交界處應設置約束為“嵌固”,用于模擬樓板的連續受力狀態。


2.  地上建筑:
對于地上建筑,新的抗震規范規定,只有非抗震地區可做板柱結構;而抗震區只能做板柱抗震墻結構,鑒于板柱抗震墻結構相對框架結構造價增加較多,不建議采用,可以做有主框梁無次梁的空心大板結構。對于非抗震的板柱結構,和抗震區的板柱抗震墻結構,因要考慮水平力作用,在利用SLABCAD進行空心板設計的時候,過程相對復雜,與上面講到的不考慮水平力的地下結構主要區別如下:
a.因為要考慮水平力在剛度影響下的彎矩分配,所以在PMCAD建模時,對柱上板帶應根據等剛度原則,輸入柱上等代框架梁,等代框架梁的寬度可取柱中線兩側各1/4板跨,等代梁的厚度hb,應綜合考慮等代梁寬度范圍內的實心暗梁、空心率之后的截面高度。計算方法可按照截面慣性矩I相等的原則。根據經驗,等剛度折算厚度一般為空心板厚度hs的0.92~0.96倍,綜合考慮可按平均值hb=0.94hs輸入等代梁厚度。
b.按照等剛度原則輸入的板厚hb,因抗彎承載力計算公式和剛度無關,所以在后期SLABCAD抗彎配筋計算中,計算結果偏于保守,理論保守值在6%左右,對整體設計影響不大。因此這種方法在地上無梁板設計中設計原理準確,計算結果可用。

4.結論與建議
1)按照等厚的實心板,利用SLABCAD軟件進行現澆混凝土空心無梁樓蓋設計,對于地下建筑只需考慮空心率荷載的影響;對地上建筑,除須考慮荷載影響外,還須按照等剛度折算厚度hb=0.94hs輸入等代梁厚度,計算結果略偏保守。
2)PKPM系列軟件即將推出3.0版本,希望軟件在PM建模階段能直接考慮空心板的荷載影響,在SATWE計算時能直接考慮剛度折減影響,后期的SLABCAD結果輸出能分暗梁配筋、柱上板帶配筋和跨中板帶。
3)利用SLABCAD軟件按照等厚實心板計算,應根據計算彎矩復核受壓區高度χ是否在翼緣板厚度內,如不不在,說明板厚取值過小,應返回調整。
參考文獻:
[1]現澆混凝土空心樓蓋技術規程[JGJ/T268-2012].建筑工業出版社。 [2]混凝土結構設計規范[GB50010-2010].中國建筑工業出版社,2012.
[3]現澆混凝土空心樓蓋[國家建筑標準圖集05SG343].中國計劃出版社[4]全國現澆混凝土空心樓蓋結構技術交流會論文集[C].2005.
[5]SLABCAD復雜樓板分析與設計軟件用戶手冊.PKPM CAD工程部.2010





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