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西南交通大学
硕士学位论文
无梁楼盖结构计算方法研究
姓名:李现敏
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:赵世春
西南交通大学硕士研究生学位论文 第页
几个问题:①如何将楼板划分为交叉梁系。②楼板上的载荷如何处理。◎用
交叉粱系模拟平板时计算结果有多大误差。④如何确定交叉梁的数量才能使
误差满足工程要求。并且得到了如下的结论:无梁平板楼盖结构的设计计算
可以采用其原形结构进行计算,只需要将无梁平板用交叉梁系来模拟,然后
采用现行的空间结构分析软件,诸如.,等进行计算。
在利用交叉梁系来模拟平扳结构时,交叉梁的划分决定了交叉梁的计算截面,
由于柱子的断面不变,因此,交叉梁划分的不同必然引起内力的不同分布;
从计算结果可以看出,交叉梁划分的过粗,计算结果误差会很大;而划分的
过细,由于板柱结构的传力特点,会增大直接与柱相连的板带弯矩,内力集
中现象较突出,尤其是柱上板带的支座截面。交叉梁的宽度一般可以取跨度
的五分之一到四分之一:这样,既能保证交叉梁系划分不至于过粗,也不至
于划分过细,从而保证计算结果有足够的精确性。为了避免重复计算.交叉
梁的自重不应由程序自动计算,而应人工输入:为下保证计算的准确性,楼
层重量也宣采用人工输入。丫
关键词:无粱楼盖,计算方法,搿啼
●西南交通大学硕士研究生学位论文 第页
西南交通大学硕士研究生学位论文
.无梁楼盖结构简介
无梁楼盖早在年始创于美国,因为它带有柱帽,当时又称菌形楼盖,
曾出现过不少配筋形式,有双向配筋、四向配筋及环向配筋等。在理论方面
及试验方面都做了大量的
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现浇混凝土空心无梁楼盖的特性分析
现浇混凝土空心无梁楼盖的特性分析
&&&&&&&&摘要 本文结合温州时代都市广场商业-A工程实例，对现浇混凝土空心无梁楼盖体系的设计原理作了探讨。接着介绍了现浇混凝土空心无梁楼盖体系的构造措施，最后对现浇混凝土空心无梁楼盖体系的适用性和优点作了简要的阐述。
&&&&关键词 混凝土空心无梁楼盖 设计原理 优点
&&&&一、引言
&&&&当前，在我国的工业与民用建筑中，钢筋混凝土结构仍是应用最广泛的结构形式。在海外高层建筑发展中，存在着逐渐以钢结构和钢与钢筋混凝土组合结构取代成熟的钢筋混凝土结构的趋势。但是，钢筋混凝土结构以其原材料来源广泛，施工技术成热，造价低廉，而在我国仍有很强的生命力。但美中不足之处是钢筋混凝土结构体积庞大且笨重。
&&&&随着经济的发展和人民生活水平的提高。建筑对大空间、大跨度、层高、抗震等的要求越来越高。现浇钢筋混凝土空心楼盖体系就是在这种需求下应运而生的一种新型结构体系。它是指在钢筋混凝土中埋入预制空心管，然后将混凝土与空心管浇筑为一体，从而形成类似若干小工字梁的现浇混凝土多孔空心板或以密肋形式受力的现浇钢筋混凝土空心板。日前这种楼盖已被列为建设部科技成果重点推广项目。
&&&&工程概况：温州时代都市广场-商业A位于温州地区苍南县的中心区，高层框架剪力墙结构，四层裙房及一层整体地下室，地上20层，结构总高度62.90m，标准层层高3.0m，地下室层高3.5m， 跨度7.5×8.1m常规的梁板结构设计， 地下室层高4.2 m。为减少地下室开挖深度，在此范围内结构设计采用了现浇混凝土空心无梁楼盖技术。
&&&&通过该工程项目的设计工作，作者对于现浇钢筋混凝土空心楼盖体系的设计原理、构造措施和优点有了更深层次的认识，对于上述各点下文给予了逐项论述。
&&&&二、现浇混凝土空心无梁楼盖体系的设计原理
&&&&现浇混凝土空心（GBF高强薄壁管）无梁楼盖技术作为国家重点火炬计划项日，主要是采取埋芯成孔工艺，在楼板内每隔一定间距，放置圆形（或方形、梯形、异形等）GBF高强薄壁管在楼板中填充形成厚板无梁楼盖结构。它与普通梁板结构相比，整体结构并未发生变化，但在楼层的平面结构布置上存在一些区别。
&&&&空心无梁楼盖体系按“空间等代框架结构”设计计算。柱与柱之间布置暗梁，通过现浇实心暗梁与现浇空心楼盖上下翼缘紧密结合形成加强的扁框架梁。空心无梁楼盖沿顺管方向为“工”字形截面，有可靠的传力保证。在垂直管方向由于楼板内配置了肋间钢筋可形成空间桁架的传力体系，但在最薄弱处仅存在上下翼缘，为了保证上下翼缘能共同下作，必须采取相应措施提高楼板的整体性，所以空心管的排放为1 m一根对接，对接处出留50mm的肋，在肋间也可配置适量钢筋增强楼板的整体性。
&&&&从设计方而考虑，空心无梁楼板不同于普通有梁板体系中的楼板，普通有梁板体系中的楼板参与抵抗水平地震作用是通过调整梁刚度放大系数考虑，在设计计算和构造措施方面楼板本身是不做抗震设计的，仅考虑承受垂直荷载，其内力可通过静力计算手册查得，而空心无梁楼盖由于板厚h很大，它本身可直接参与抵抗水平地震作用。通过暗梁和现浇的空心楼盖形成加强的扁框架梁，楼板其本身在靠近柱和暗梁的一定范围内是框架梁的一部分，此范围内的楼板是按照框架梁进行设计的。柱和柱之间形成加强的扁框架梁，其等效刚度不亚于常规结构框架梁的刚度，加强的扁框架梁自身有足够的刚度传递水平地震力，关键在与柱的连接传递水平地震力。
&&&&三、现浇混凝土空心无梁楼盖体系的构造要求
&&&&因为无梁楼盖与一般梁板结构在形式上有较大的区别，因此存在某些特殊的构造要求，具体要求如下：
&&&&1） 板厚取短跨长度的1/25-1/35；
&&&&2） 混凝土的强度等级不低于C20；
&&&&3） 板的空心率约为30%-50%；
&&&&4） 板的配筋率在0.2%-1.2%之间；
&&&&5） 适用板跨度为：非预应力板，6m≤L≤15m；预应力板，10m≤L≤25m；
&&&&6） 板的构造尺寸：a=0.10h-0.20h（且≥35），d=0.55h-0.85h，b=0.08h-0.20h（且≥30），构造示意图如图1所示。
&&&&四、现浇混凝土空心无梁楼盖体系的适用性和优点
&&&&现浇钢筋混凝土空心楼盖具有整体性好、无梁、大跨度、适用范围广等优点。从实际应用效果看，该项技术与一般的梁板结构体系相比，钢筋混凝土造价降低5 %，模板损耗降低50 %，还能节约装饰费用约10%一15% ，综合造价降低10%左右。同时施工便捷，使用该技术可直接减少支模、拆模的工作量，能缩短工期近1/3。从使用功能看，与普通框架结构比较，该项技术使空间更开阔美观，无柱帽、无凸出部位，实现真正的平板。同时空心楼板的刚度大，变形小，抗震性能好。与此同时，隔音效果优良，该楼盖的封闭空腔技术大大减少了噪音的传递，克服了上下楼层间的撞击噪音干扰。同样，封闭空腔结构减少了热量的传递。使隔热、保温性能得到了明显的提高。对采用空调的建筑来说，可大大降低空调费用。北京、广州、苏州、长沙、徐州等地均有采用现浇混凝土空心（GBF高强薄壁管）无梁楼盖技术的实例，均获得了广泛的经济效益和社会效益。
&&&&五、结语
&&&&现浇钢筋混凝土空心楼盖是集新技术、新材料、新工艺手一身的高新技术，是对无梁楼盖的完善和补充，大大拓展了无梁楼盖的应用空间。由于该技术的应用最大程度地改善了空间的使用功能，给开发商带来了良好的经济效益。近年来，这种结构已广泛地应用在商场、办公楼、图书馆、教学楼、停车库等建筑中，尤其适用于有较大跨度柱网、大荷载结构、对层高有限制要求的公共建筑、住宅建筑和工业建筑，随着该技术进一步推广，将会在建筑行业中产生更大影响和良好的社会经济效益。
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现浇混凝土空心楼盖结构设计及应用
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　[摘要]通过对比现浇混凝土空心楼盖结构现阶段的设计方法，并运用有限元分析软件对现浇空心楼盖进行了三维全过程分析。探讨了现浇混凝土空心楼盖的计算过程和应注意的问题，并结合具体的工程实例提出了一些处理建议。有关结论对现浇混凝土空心楼盖的结构设计有重要的参考作用。 中国论文网 /2/view-564607.htm　　[关键词]现浇混凝土空心楼盖；直接设计法；等代框架法；拟梁法；非线性有限元分析法 　　1前言 　　现浇混凝土空心楼盖结构技术是“建设部推广应用技术”和“建设部科技推广项目”。通过该技术成型的建筑结构：一是节约混凝土的用量、降低楼板自重、减少配筋、提高楼板的保温抗震性能；二是可节省构筑物的层高、增强构筑物的承载能力；且底板平顺可加快施工进度，改善建筑物的实用功能。2004年中国工程建设标准化协会发布了《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》（CECS175:2004）[1]，为现浇混凝土空心楼盖结构技术的设计及推广应用提供了科学依据。 　　2空心楼盖内力分析方法 　　 随着现浇混凝土空心楼盖的应用，国内对它的分析设计方法也作了大量的研究[2~4]。除有限元方法外，规程提供了三种弹性内力分析方法: 直接设计法、等代框架法及拟梁法。 　　2.1直接设计法 　　 直接设计法是在弹性薄板理论的分析基础上，在两个方向将柱支承板现浇楼盖计算区格板的总静力弯矩在控制截面按弯矩系数直接分配进行内力分析的一种简化方法，是基于理论分析与试验校核给出的简化方法[1]。应用直接设计法设计板必须符合一定的限制条件（详见规程第4.5.1条）。 　　 用该方法计算时，按两个方向分别计算, 且两个计算方向均应考虑全部荷载作用。 　　 （1）先求出计算板带在计算方向一跨内的总弯矩设计值。 　　 （2）根据规程第4.5.3条的分配系数求得正弯矩和负弯矩设计值。 　　 （3）根据板跨条件和截面抗弯刚度，按规程第4.5.4条求得柱上板带分配的正负矩设计值，进而求得跨中板带的正负弯矩设计值。 　　2.2等代框架法 　　 等代框架法将整个结构按纵、横柱列方向划分为具有“框架梁”和“框架柱”的纵向与横向平面框架，然后通过一系列二维框架来体现三维的板系[5]。在竖向荷载作用下，柱支承板直接承受荷载，产生弯曲变形，靠板带的弯曲，将荷载及变形传给柱;而板的宽度远远超过柱宽，故只有在柱(柱帽)范围内的弯矩可直接传递给柱，而其它部分的弯矩需要通过扭矩进行传递[5]。在水平荷载作用下，荷载首先作用在柱上，然后由柱的转动带动楼板的转动。 　　该方法按两个方向分别计算, 且两个计算方向均应考虑全部荷载作用。 　　（1）根据截面抗弯刚度求出两个计算方向上等代框架梁截面。 　　 （2）将等代框架输入PM模型中，输入荷载并指定导荷方式，然后在SATWE中进行计算，求得等代框架梁正弯矩和负弯矩设计值。 　　 （3）按照直接设计法的弯矩分配系数求得柱上板带及跨中板带的正负弯矩设计值。 　　2.3拟梁法 　　 拟梁法是将现浇混凝土筒芯楼盖按刚度等效的原则等代成双向交叉梁系进行内力分析的一种简化方法，在分析中忽略了拟梁之间的剪切和扭转影响[1]。由于拟梁法同时考虑空心楼板的两个计算方向, 楼板两个方向弹性刚度的差异对计算结果有一定的影响。 　　 根据等待刚度，结构在X向和Y向取一定数量的拟梁，采用SATWE软件进行分析计算。建模过程中如下几点要特别注意： 　　（1）X向和Y向拟梁和暗梁按连续梁输入进行计算。 　　（2）混凝土容重取零，消除拟梁和暗梁自重。 　　（3）楼面板厚取零，恒载考虑空心板自重及上部覆土和装修荷载，活载按实际取用。 　　2.4有限元法 　　 该法是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽的平面尺寸，将无梁楼盖划分成若干细小的单元，用板壳单元有限元程序进行求解的方法[6]。该方法可准确求得空心楼盖在荷载作用下的变形和应力分布。 　　 采用SATWE软件中的复杂楼板有限元分析与设计软件(SlabCAD)进行分析计算。建模过程中如下几点要特别注意[7]： 　　（1）虚梁(100×100)的输入,输入虚梁的目的有两点,其一是为了SlabCAD软件在接PMCAD前处理过程中能够自动读取楼板的外边界信息,其二是为了辅助楼板单元划分。虚梁没有刚度,不参与计算,SlabCAD的前处理会自动将所有虚梁删掉。 　　（2）荷载的输入,在将空心楼板折算成等效板厚的同时,要考虑混凝土空心管及暗梁的重量。 　　（3）在SATWE中将楼板定义为弹性板6(程序真实地计算楼板平面内和平面外的刚度)。 　　（4）在SLBACAD模块输入柱帽，进行楼盖的分析计算。 　　 在SAP2000调用无梁楼盖模块，根据等刚代换的原则将空心楼盖等代成实心楼盖，并用壳单元进行模拟，壳单元可以计算板的平面内和平面外的刚度，通过改变支座处壳单元的厚度模拟柱帽。 　　3工程设计应用 　　 本工程是武汉某房地产开发公司开发的商业综合体，由多栋多层商业和1个共用地下室组成。地下室长约200m，宽约100m，顶板上覆土0.6m，柱距为6400mm×8000mm。地下室顶板采用无梁空心楼盖的结构方案。顶板厚400mm，BDF芯模D250,bw=150，柱截面600mm×600mm。柱帽采用矩形顶板的型式，截面尺寸为1600mm×2000mm。板、柱均采用C35混凝土，HRB400级钢筋。恒载取20.3kN/?，活载取5kN/?。取x向一内跨进行分析比较。 　　3.1空心楼盖截面的确定 　　（1）确定控制荷载（本工程由恒载控制）。 　　（2）按截面抗弯承载力确定上下翼缘高度，使得受压区在翼缘范围内；按截面抗剪承载力确定肋宽。 　　（3) 按截面抗弯刚度进行等刚代换，确定有效计算截面。 　　（4) 根据控制荷载进行抗冲切计算，确定柱帽尺寸，见图一。 　　 　　 　　 　　图一冲切示意图 　　3.2几种计算方法的比较 　　 比较几种计算方法所得结果可知（见表1）： 　　 （1）几种计算方法所得总负弯矩、总正弯矩及总弯矩值较为接近，其中拟梁法跨中弯矩及总弯矩值计算结果较大。 　　 （2）直接设计法、等代框架法所得结果较为接近，但是柱上板带计算结果小于拟梁法和有限元法，跨中板带计算结果略小于拟梁法且大于有限元法。目前采用的直接设计法分配系数是参考美国和前苏联规范得出的，尚缺少对无梁楼盖的系统性试验；等代框架法将整个板块受力用一根等代梁来传递，受力简单化，与实际受力有较大区别。这两种方法不能真实的反应柱帽对结构刚度的贡献，弯矩的分配系数有待于更深入的研究，计算结果较为粗糙。 　　 （3）拟梁法采用了纵、横双向交叉梁的结构体系，较真实地反映了无梁楼盖在弹性阶段的受力情况，但忽略了拟梁之间的扭转和剪切影响，未考虑板的整体受力和未能准确的模拟柱帽的作用，导致跨中弯矩及总弯矩计算结果偏大。 　　 （4）两种有限元法计算结果很接近，其中柱上板带的支座弯矩很大，远大于其他截面位置的弯矩，同时柱上板带的总弯矩也远大于跨中板带的总弯矩，这表明这两种方法均能准确的反应结构的变形和受力及柱帽对结构的影响。 　　表1 不同设计方法弯矩值 　　 　　 　　 　　4结语 　　 在进行现浇混凝土空心楼盖结构设计时，应首先根据荷载确定空心楼盖上下翼缘高度、肋宽及柱帽尺寸，然后根据芯模布置方式进行等刚代换，求出楼盖在各计算方向上的等代刚度。将空心楼盖等代成实心楼盖，并据此进行计算。直接设计法简便，但是限制条件较多，适用于结构方案的初步估算；等代框架法适用于手算，但计算结果精度不高；拟梁法忽略了拟梁之间的扭转和剪切影响，只可作为辅助设计手段；有限元理论分析精度高，随着计算技术的发展，有限元计算方法将是无梁楼盖的主要发展方向。 　　 　　参考文献 　　[1] CECS175:2004，现浇混凝土空心楼盖结构技术规程[S]. 　　 [2] 杨建军,成浩筠.布置筒芯的现浇混凝土空心楼盖的试验研究[J].建筑结构):71-74. 　　 [3] 徐有邻,程志军,杨建军,等.现浇混凝土筒芯楼板受剪承载力的试验研究[C] ∥全国现浇混凝土空心楼盖结构技术学院论文集. 2. 　　 [4] 赵 勇，程志军，王晓峰.带托板的现浇混凝土空心板柱结构分析方法[J].建筑结构,):75-77. 　　[5] 高志强,现浇混凝土空心楼盖分析与设计方法研究[D].上海：同济大学，2007。 　　 [6] 杨煜,董汉钢,徐育才. 无梁楼盖应用于地下室顶板的若干算法[J].建筑与结构设计，2009（2）：50-53. 　　[7] 马利强.运用PKPM软件进行无梁楼盖结构的设计[J].大众科技,2005，(5):112-113. 　　 　　[作者简介：余立智（1979-），男， 湖北武汉人，工程师 ，2001年毕业于武汉大学土木工程与建筑学院，一直从事结构设计工作] 　　 　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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