[分享]无梁楼盖设计的一点改进

发表于2020-02-24    113人浏览    1人跟帖    总热度:238  

全部柱上带,可否?----- 无梁楼盖结构设计探讨

作者:孔乙己

    内容提要:本文试图解决的问题:提高安全可靠度;将设计尽可能简化,合理化;抛砖引玉,恳请批评指教。

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    一、普通楼盖结构基本设计方法及无梁楼盖特点

    1.  普通楼盖结构设计:常见的平板分为单向板及双向板,其共同特点是以梁或墙作为支座。

    单向板计算最简单,计算模型与梁相同,亦称为梁式板;

    双向板受力较复杂,可根据跨中“等挠度理论”反推所分担的荷载比例,两个方向分别按照单向板计算。

    2. 无梁楼盖特点:周边无梁或墙作为支座,直接以柱子作为支座,如何计算?

    1)“板带法”应运而生:以柱列中心线两侧一定宽度作为计算单元,承受楼面荷载,可近似按照多跨框架或连续梁进行计算。一般柱网为正交矩形网格,沿两个方向布置板带便形成井字格,中间留下很多“天井”。

    2) 问题

    a.这些如何天井如何处理?

    习惯做法:在前述板带的基础上另设双向板带(号称跨中带)将这些天井填满!

    b.跨中带如何计算?

    一些参考资料及规范都提供了一些计算方法,但是包括本人在内很多人并未真正理解其原理。

    二、无梁楼盖设计思路与方法

    1. 要点:

    1) 依据:结构力学基本概念常识原理

    2) 强调概念设计(定性分析),避免迷信电脑软件计算结果。

    3) 从结构布置与构造做法合理性等方面全面考虑,使之与计算模型尽可能一致;

    4) 使复杂问题尽可能简化,受力明确,避免存在歧义,模棱两可的现象。

    5) 确保安全可靠,首先要避免剪切(冲切)导致脆性破坏。根据节点处以及柱列线等严重应力集中的薄弱部位采取切实的加强措施

    6) 核心内容:

    a. 板支座:就是柱子,不考虑“板搭板”的支承方式

    b. 结构建模:设置对角线方向板带,(不考虑“跨中带”),板带可作为“等代梁”与柱共同组成多跨等代(平面)框架。近似计算并可进一步可简化为多跨连续梁甚至单跨(固端)梁计算。

    c. 构造措施:设柱帽及暗梁

    2.  明确基本概念

    1)“力流”概念:由荷载作用点传递到支座的几何轨迹和构件受力大小的形象表述,对无梁楼盖而言,任何部位承受荷载基本上均通过板带直接传到柱中心;柱列处力流详见图1,跨中附近力流详见图2。根据基本概念,图2a的力流方向是正确的,而图2b的力流方向只适用于柱列处存在刚度很大的框架梁的情况,对于无梁楼盖而言无疑是错误!

    2)支座与反力:对无梁楼盖而言,可根据经验对各柱的荷载范围作出简单划分,直接计算柱反力。

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    3)结构计算模型:

    结构布置基本原理:传力尽可能简单直接,传力路线尽量缩短。

    板带即是传递应力的主要通道。实际上板带是客观存在,而不是主观划分。

    板带可当作“等代梁” 每个板带与柱一道形成多跨“等代框架”,近似也可按多跨连续梁计算。初步估算也可按照单跨梁进行。

    3.  结构构造做法:

    1) 设柱帽:必须足够大、足够厚,柱帽平面宜设计为正八边形或圆形,建议直径取柱距的1/3,最大厚度取跨度的1/12左右, 柱帽混凝土应与楼板同时整体浇筑,配置足够多的钢筋。确保抗冲切承载力,并可缓解高度应力集中的现象,保证柱上带钢筋有足够的锚固长度;柱帽与楼板一道整浇,以确保整体性及抗冲切能力。柱帽的尺寸有限,厚度略大一点对建筑功能及观感无明显影响,因此绝不可太“抠”!

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    2) 受力顺着板带轴线方向配置,各板带上下均配置通长钢筋(不少于2根),大部分负筋根据弯矩图确定切断点。底部钢筋不必全部伸入支座,详见图4。另沿X、Y两向通长配置分布钢筋。

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    3) 在各板带设暗梁,在支托范围内箍筋加密。板柱连接节点配筋示意见图5

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 图5  板柱连接节点配筋示意图         

    4) 各板带分担荷载面积图见图6、图7。

   

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    4. 结构计算分析

    施工图阶段详细计算应采用计算机软件进行。

    简化计算方法可用于初步设计估算,荷载近似按均布考虑。

    1) 所有柱列带均为平面框架或单向多跨连续板,以柱子作为支座,计算非常简单方便!

    2) 各板带支座及跨中内力计算最不利荷载组合参见下图。

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    3) 简化计算可按照塑性内力重分布方法,在均布荷载(恒活荷载比例不小于0.3时)作用下的弯矩系数见下图,不必扣除板带重叠部分的荷载,计算结果偏于安全,考虑柱帽刚度影响时,跨度可适当减小。

    当活荷载所占比例太大时,可按实际荷载分布情况采用弯矩分配法等方法进行计算,也很简单方便。

    4)在均布荷载(恒活荷载比例不小于0.3时)作用下的弯矩系数见下图,当活荷载所占比例太大时,支座剪力可按照实际荷载逐跨计算,验算支托(柱帽)边沿截面及柱帽与柱交接面的抗剪承载力即可,不必进行冲切计算,也不必考虑支座处的 “不平衡弯矩”的影响,(个人认为实际上所谓“不平衡弯矩”的提法不符合结构力学的基本概念,在此不赘述)

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    5)由于板带刚度有限,柱截面一般不会太小,因此初步近似计算也可以将毎跨板带按单跨固端梁计算,同样考虑柱帽刚度影响,取刚域边缘处的弯矩计算配筋数量。剪力计算则更简单!

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    6)纵向受力钢筋根据弯矩图配置,均顺着受力方向配置,牢固锚固于柱截面或柱帽之中,每根钢筋均可以充分发挥作用。

    三、对上述方法的简单评价及注意事项:

    1. 构造合理,受力情况大大改善,较常用方法安全可靠度至少提高1倍;

    1) 设柱帽及暗梁可实现强剪弱弯,强节点弱构件的最低要求,明显改善支座处应力集中现象,避免剪切或冲切破坏,配置足够数量的钢筋可大大增加抗剪承载力;

    2) 板带划分及配筋合理,传力路线明确,在明显超载情况下,可能产生局部破坏,但不会发生连续倒塌。

    2. 概念明确,传力路线简单,计算模型科学严谨,计算方法简单方便。

    3. 各板带受力钢筋均在柱截面或柱帽处相交,配筋构造应合理配置,以利施工方便,确保施工质量。

    4. 无梁楼盖观感较好,又可减小建筑层高,很受甲方青睐,但从结构的安全可靠性角度则是相当不利,因此在无梁楼盖设计中必须留有足够的安全储备,切不可过于迁就甲方及建筑专业的苛刻要求,导致工程隐患甚至恶性事故!例如:板厚不可太小,除了满足承载力要求以外,还要满足刚度及抗裂要求,配钢率不可太“抠”,使用荷载必须严格控制等等。

    5. 无梁楼盖仅适用于跨度不大,荷载较小的情况,若无特殊需要,在方案设计阶段,宜首选普通框架加梁板结构,荷载很大时例如地下车库顶板上有很厚回填土或消防车荷载时应采用十字梁或井字梁板体系。



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 发表于2020-02-24   |  只看该作者      

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