关于无梁楼盖的一些见解
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无梁楼盖的设计方法分为以下三种:(一)经验系数法经验系数法的大致思路:首先求得楼板在计算方向上的总弯矩,再将此总弯矩按照比例分配柱上板带和跨中板带的控制截面(支座和跨中)。
此方法含以下几个要点:1. 柱上板带和跨中板带的划分,此问题在后面另有讨论。
2. 总弯矩的计算。
这里的总弯矩是指以一品框架柱的负荷宽度为计算宽度,以考虑柱帽而修正的柱间距为跨度,按简支梁算得跨中总弯矩。
例举X 方向总弯矩公式见下:2)32()(81c lx ly q g Mox -+= ly: Y 方向柱距lx : X 方向柱距c : 柱帽在计算方向的有效宽度3. 分配系数将计算方向上所算得的总弯矩(例如Mox )分配给柱上板带和跨中板带各自的支座截面与跨中截面,仅需要将总弯矩乘以以下表格中的系数即可。
(选自《北京统一技术措施》,《全国统一技术措施》与《混凝土升板结构技术规范》中与此类表格略有不同)∑ -0.530.4 -0.67 -0.67 0.33 ① ② ③ ④⑤ 分析以上系数的求和值:-( ① + ③ )/2 + ② = 1.0- ④ + ⑤ = 1.0由此可以看出,板带跨中和支座截面弯矩的分配,遵照了梁支座及跨中弯矩间的一般规律,及两端支座负弯矩的平均值与跨中弯矩求和等于按简支梁计算的跨中弯矩。
由于无梁楼盖的塑性调整能力很强,为了减少柱上板带支座钢筋,在总弯矩不变的条件下,允许将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带负弯矩。
4. 适用条件经验系数法适用条件,如下:a. 每方向至少应有三个连续跨b. 同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的30%c. 矩形柱网两方向柱距的比值不大于2d. 可变荷载和永久荷载的比值不大于3经验系数法简单易行,但只能用于楼盖体系在竖向荷载下的计算,由于没有考虑竖向构件与楼盖间的相互影响,不能分析整体结构,更无法考虑地震作用,加之适用条件较为苛刻,实际工作中的应用面较小。
(二) 等代框架法等代框架法的大致思路:以楼板厚度为梁高度,以一定的规则选定梁宽度(后详),以某种方法考虑柱帽对框架计算跨度及层高的影响,建立等代框架,进而进行竖向荷载及水平地震作用下的单品框架的计算,得到内力结果后,将竖向荷载下等代框梁的内力按照下表分配给柱上板带和跨中板带,跨中板带便可直接进行截面设计,而柱上板带和框柱尚需进行地震工况和竖向荷载工况的内力组合,以及规范对框架结构要求的内力调整后才能进行截面设计。
地下室无梁楼盖的设计方法探讨地下室无梁楼盖的设计方法探讨在现代建筑中,地下室的应用越来越广泛。
地下室不仅可以作为仓储、车库等空间的利用,还可以作为商业、公共等建筑的重要部分。
而对于地下室的设计,无梁楼盖正成为一种趋势。
本文将从设计方法的角度来探讨地下室无梁楼盖。
一、无梁楼盖的优点无梁楼盖是指楼盖中没有横向的梁,而是采用了预应力钢筋混凝土板作为承载结构,能够达到更好的承载能力、抗震性以及美观度。
相比有梁楼盖,无梁楼盖的优点主要体现在以下几个方面。
1. 提高空间利用率无梁楼盖的设计将梁和板合二为一,从而达到了更小的截面、更高的跨度和更好的空间利用率。
2. 增强抗震性能无梁楼盖的整体性更强,可以有效地提高结构抗震性能,保证使用安全。
3. 美观度更高无梁楼盖可以减少结构的繁琐性,从而增加了建筑的美观度和艺术性。
二、无梁楼盖的设计方法1. 结构构型的设计无梁楼盖的设计是以结构构型为基础的,需要灵活运用混凝土板、预应力钢筋等材料,形成适合结构体系的构型,使得整个建筑物有更好的稳定性和承载力。
2. 构件的材料和设计混凝土楼盖板虽然是无梁的,但需要在设计时尽可能牢固,避免出现墙面开裂、板面掉块等情况。
同时,需要适当加强预应力钢筋的力度,保证整个楼盖能有足够的承载能力。
3. 设计结构节点结构节点是无梁楼盖设计中的重要环节,需要根据不同情况制定相应的节点设计方案。
在节点设计中,需要注意梁板之间的连接方式,以及板面和墙体之间的连接方式,避免出现因节点设计失误而引起的结构破坏。
三、无梁楼盖的应用案例目前,无梁楼盖的应用已经在许多建筑项目中得到了广泛的应用,如地铁站、商场、展馆等地下室空间。
其中,比较典型的是桥南地铁站,在设计中采用了无梁楼盖的结构,大大减少建筑材料的使用、缩短工期,同时保障了建筑的安全性和美观性。
四、总结无梁楼盖作为一种新型的地下室设计模式,优点显著,其在提高空间利用率、增强抗震性、提高美观度等方面都有着优异的表现。
分析无横梁楼盖简介无横梁楼盖是一种采用特殊结构设计的建筑楼层,不使用传统的横梁来支撑楼板,在近年来逐渐得到广泛应用。
本文将对无横梁楼盖的优缺点、适用范围以及施工工艺进行详细分析。
优点1. 空间利用率高:无横梁楼盖的设计更加灵活,能够更好地利用楼层的空间,增加收益。
2. 视觉效果好:无横梁楼盖采用无横梁结构,使整个楼面显得整洁、通透,给人一种宽敞明亮的感觉。
3. 施工周期短:无横梁楼盖采用的是模块化施工方式,加工制作成型后直接进行安装,比传统的横梁楼盖施工周期更短。
缺点1. 成本较高:无横梁楼盖的设计较为复杂,所需材料成本较高,施工技术要求也较高,相对而言成本会有所增加。
2. 空间限制:无横梁楼盖相对传统横梁楼盖而言,对大跨度的楼层的支撑能力有限,对于某些跨度较大的项目可能不太适用。
适用范围1. 办公楼:无横梁楼盖能够提供更大的空间,给员工提供更舒适的办公环境,适用于中小型办公楼。
2. 商务中心:无横梁楼盖的独特设计能够打造出别具一格的商业空间,吸引更多商家入驻。
3. 酒店:无横梁楼盖的高空间利用率和视觉效果能够为酒店提供更好的客户体验,提高市场竞争力。
施工工艺1. 设计阶段:在设计阶段,需要根据具体项目要求,结合建筑设计原则进行设计,确定无横梁楼盖的布置和结构形式。
2. 材料准备:无横梁楼盖所需要的材料主要有钢筋、混凝土等,需根据设计方案进行材料的选购和准备。
3. 模块制作:根据设计图纸,进行无横梁楼盖模块的制作,包括加工、预制等工序。
4. 安装施工:将预制好的无横梁楼盖模块进行现场组装和安装,确保结构的稳定性和安全性。
5. 验收与维护:完成安装后,进行楼盖的验收工作,并进行日常维护,确保楼盖的正常使用。
结论无横梁楼盖是一种有着很多优点的建筑楼层形式,它能够提高空间利用率,提供良好的视觉效果。
然而,由于成本较高和空间限制,它的适用范围相对有限。
在具体项目中,应综合考虑各种因素,权衡优缺点,选择最适合的楼盖形式。
无梁楼盖设计无梁楼盖设计在YJK现有的建模、上部计算、楼板施工图三个模块中就可完成,而且无梁楼盖的设计可以和其它结构整体建模和分析协同工作,是融入其它结构设计之中的。
大致流程是:在建模中布置无梁楼盖的虚梁(或暗梁)和柱帽;在上部结构计算中采用弹性板3或弹性板6模型,弹性板荷载计算方式应选择有限元方式;计算结果中补充了柱的冲切计算;在楼板设计中采用楼板有限元计算,并按照柱上板带、跨中板带给出计算结果和楼板施工图设计。
一、在建模中布置虚梁和柱帽无梁楼盖没有梁,柱之间需布置虚梁或者暗梁。
1、布置暗梁无梁楼盖的板设计时,需要按照柱上板带、跨中板带方式配筋,软件将按照虚梁或暗梁的位置确定柱上板带,因此用户需在建模中布置虚梁或暗梁,暗梁按照普通梁方式输入即可。
《高规》8.2.4:“板柱-剪力墙结构中,板的构造应符合下列规定:1 抗震设计时,应在柱上板带中设置构造暗梁,暗梁宽度取柱宽及两侧各1.5倍板厚之和,暗梁支座上部钢筋截面积不宜小于柱上板带钢筋面积的50%,并应全跨拉通,按梁下部钢筋应不小于上部钢筋的1/2。
”因此,暗梁的尺寸可按高规的要求输入。
在上部结构计算时,对无梁楼盖板应选择按照弹性板3或者弹性板6计算,这种计算模式将使楼板和梁变形协调,共同承担荷载,我们输入的暗梁尺寸适当,其暗梁的配筋结果就基本可用。
也有用户按照等代框架梁宽高尺寸的输入暗梁,等代框架的宽度取垂直于等代框架方向两侧柱距各1/4,梁高取板厚度。
这样的输入方式和如上按照《高规》的要求设置暗梁尺寸方式差不多,其暗梁配筋结果基本可用。
2、布置柱帽无梁楼盖中设置柱帽时,可在建模的楼板布置菜单下布置柱帽:软件可布置的柱帽形式有3种:柱帽、柱帽+托板、托板。
《高规》8.1.9条:“板柱-剪力墙结构的布置应符合下列规定:。
4 无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽(柱托)板或有柱帽(柱托)板形式。
柱托板的长度和厚度应按计算确定,且每方向长度不宜小于板跨度的1/6,其厚度不宜小于板厚度的1/4。
建筑小知识
无梁楼盖
1、何谓无梁楼盖
无梁楼盖把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系,使同高的楼层扩大净空,节省建材,提高施工进度,而且质地更密,抗压性更高,抗振动冲击更强,结构更合理。
2、无梁楼盖优缺点
无梁板结构因不设置梁,板面负载直接由板传至柱,具有结构简单、传力路径简捷,净空利用率高,造型美观,有利于通风、便于布置管线和施工。
但需要较厚的板,混凝土和钢筋。
另外,从结构性能方面看,无梁板的延性较差,板在柱帽或柱顶处的破坏属于脆性冲切破坏。
3、常见现浇空心无梁楼盖
A、现浇空心混凝土GBF薄壁管空心楼盖。
由暗
梁和非抽芯空心楼板组成的楼盖;暗梁与楼层等厚,
从而增大空间的使用高度,减少结构自重,在不采用
预应力的情况下,使结构满足大开间、大跨度的要求,
降低成本的目的。
B、蜂巢芯钢筋混凝土空心楼盖。
是一种适用于大跨度,大空间的新型楼盖体系,具有自重轻、搞震性能好、隔音保温隔热效果好的特点,并且能缩短工期,节约材料,具有较高的经济价值。
设计管理中心201
20133年1月16日。
揭秘无梁楼盖最坑爹的设计规定!被骗了这么多年!无梁楼板,英文名(flatslab)一般指带有柱帽或托板的平板结构(见图1);无梁平板,英文名(fiatplate)一般指不带柱帽或托板的平板结构(见图2)。
另外一个名词,近年用的比较多,即板柱结构,加抗震墙的称为板柱一抗震墙结构。
这个名词在国外用的较少,一般用在节点上,如slab—colomnjoint。
无梁楼板结构,或称板柱结构,是一种比较好的楼板结构,因为这种结构具有施工简便、施工速度快、楼层净高较高(因而在同样净高的条件下,可以降低层高)、管道穿行方便等优点,所以在国外,尤其在北美洲应用很广,包括地震区和非地震区,应用都很普遍。
这种结构广泛应用于住宅、办公楼、停车楼以及其他工业与民用建筑。
这些国家最常用的楼板形式是“无梁平板”,也即无柱帽也无托板的平板,整个楼板厚度是同一的。
这种结构模板最简单,施工速度可以更快。
无梁楼板结构1906年第一次在美围芝加哥建成。
当时并没有很科学的设计方法,是作为专利产品出售。
由业主将需要的柱网尺寸(当时一般是2Oft×20ft,约相当于6m×6m)、层高、层数、荷载大小(当时允许的活荷载一般为l001b/ft,约相当于5kN/㎡)等等数据,提交承包商,由他们按合约时问建造完成,然后按合约规定,在4个左右区格(即柱网)内,进行堆载试验,一般加载时间为1~3d,到时候板无明显下垂、开裂等现象,即作为完成合约,交付使用。
以后,随着技术发展,有了计算方法,即现在还常用的“经验系数法”:美国规范规定,计算跨度lx按净跨ln计算,如两边支承柱中-中跨度为l0。
,假定ln=0.9l0,则按净跨计算的M 0,大约是按中-中跨度计算的80%。
上世纪50年代,我们在北京设计建造了一批冷藏库,都是无梁楼板建筑,有肉库、水果库、蛋库等。
当时都是按苏联规范和资料进行设计,有一本从俄文翻译过来的书名为《无梁楼盖》,里面介绍苏联曾建造了9个区格的无梁楼板足尺模型进行荷载试验。
地下室底板无梁楼盖的设计探析引言:在建筑工程中无梁楼盖结构又称为板柱结构,这是因为楼面荷载的设计是直接由板传递给柱再传递给柱下的。
无梁楼盖结构实现了缩短传递应力的路径,在很大程度上增大了楼层的净空。
这就意味着此种结构与传统的有梁式结构相比,它的整体结构性更好、建筑空间更大甚至还有可能增加层高的优势。
1. 方案比较在建筑工程中,地下室的底板的设计一般采用的是梁板结构。
然而,在对其的施工过程中梁板需要做砖模,梁板结构的施工工序复杂,工期长,且不利于地下室底板的防水。
无梁楼盖是当前对地下室底板设计中常用一种结构形式,它的结构特点是没有梁系设置,而是由板面载荷将应力传递给柱。
这样的板柱结构不仅可以有效的降低地下室整体结构的高度,还可以减少地下室梁土方开挖、砖模砌筑、底板的土层夯实等施工工序,这就意味着垫层以及防水的设置将更加便捷。
此外,无梁板结构的自身设置也较为便捷,像是钢筋的绑扎就很简便。
双向板与无梁楼盖的应用方式存在着很多联系,像是跨度、荷载、施工进度、施工工序、经济性、美观性以及抗震能力等。
据相关学者分析,在建筑工程中当活荷载大于5.0kN/m2时,地下室底板的无梁式楼盖就比有梁式楼盖更具经济性。
这是因为建筑工程中地下室的底板设计通常要考虑到地下水浮力的影响,如果活荷载较大那么有梁式的楼盖的建设经济效益就相对高一些。
2. 相关计算分析无梁楼盖的内力分析方法有按弹性理论和按塑性理论两种,按弹性理论计算有薄板法、经验系数法、等代框架法、有限元计算法等,其中等代框架法和有限元计算法是工程设计中常用的计算方法。
2.1等代框架法等代框架法是将结构分别沿纵横柱列方向划分为具有"框架柱"和"框架梁"的纵横向框架。
将无梁楼盖板视为梁,其宽度为:当竖向荷载作用时为板跨中心线间的距离;当水平荷载作用时为板跨中心线距离的一半。
等代框架梁的高度即板的厚度。
当不满足经验系数法的条件时,可采用等代框架法。
地下室工程无梁楼盖技术浅述我国人民物质条件的日益丰富对民用建筑工程提出了更高的要求,随着人防工程的深化和百姓对停车车位的需求,目前大多民用建筑都会要求建设地下室。
然而地下室的建造无疑会增加工程建设的成本,地下室的建设需要大量的钢筋和混凝土以及消防设施的投入,使建筑的工程造价进一步提高。
因此需要改变传统的地下室顶板结构,采用更加先进的地下室顶板结构设计。
本文将对无梁楼盖结构与梁板结构进行对比,并结合建筑计算方法浅析地下室无梁楼盖的结构设计。
一、无梁楼盖结构和梁板结构的差异和优势(一)无梁楼盖结构和梁板结构的差异所谓的无梁楼盖结构指的是利用分散的工字结构承担起受力的角色,改变传统的建筑工程将荷载力集中于梁上的方式,因此它又称为顶板柱结构。
这种结构在设计时去除了梁肋的设计,而是将顶板直接用柱子支撑,使建筑物所承受的负荷力经由一根根柱子传送到地基上。
(二)无梁结构的优势与传统地下室顶板结构相比无梁结构的优势在于:第一,无梁楼盖结构采用无梁肋设计大大增加同等高度下楼层的净空,即在同等净空高度下采用无梁楼盖建筑的高度和传统建筑相比高度较小。
这样在一定程度上使房屋的体积变小并且也节约了建筑材料。
第二,在建筑物的使用上无梁楼盖结构的天棚是比较平坦、整齐的,因此既有良好的通风条件和采光条件并且容易维护建筑物的卫生环境,同时这种结构为建筑工程中的布线、管道施工提供了方便。
这种结构使建筑既实现了功能作用也使建筑物的美观得到了体现。
第三,无梁楼盖结构的采用使工程周期缩短,这种结构使楼层的空间结构设计更趋合理和随意。
综合以上优势无梁结构的确在建筑工程中帮助企业赢得经济效益并且保证建筑物的质量和使用价值。
二、无量结构中无梁板受力的分析方法目前我国建筑行业对无梁板的受力分析大都采用经验系数法、等待框架法等计算方式。
在进行无梁板的内力计算时,若采用精确计算法则需要进行大量的计算,这个过程是非常繁复的,并且其结果往往与实验结果是有差别的,因此无法为施工图纸设计提供准确的参考。
关于地下室无梁楼盖结构设计的思考摘要:本文简述了无梁楼盖的优缺点、设计方法、两种建模方式的特点差异及实际工程中产生的问题,分析影响地下室无梁楼盖安全性的相关因素,思考如何在设计工作中对无梁楼盖的质量安全进行把控。
关键词:无梁楼盖;设计方法;质量安全;板柱节点;不平衡弯矩引言近几年地下室顶板无梁楼盖结构事故多发,住建部于2018年2月下发《关于加强地下室无梁楼盖工程质量安全管理的通知》。
作为结构设计师,如何理解并掌握地下室无梁楼盖结构的设计方法,如何合理加强薄弱部位,如何对施工提出安全保障措施,对实现工程质量安全有重要意义。
一、无梁楼盖结构体系的优缺点无梁楼盖是一种不设梁,楼板直接支承在柱上的楼盖形式,一般采用板柱-剪力墙结构体系或板柱结构体系(常用于地下车库)。
无梁楼盖与传统的梁板结构相比,具有板底平整美观,结构高度小,可有效降低建筑层高;无梁楼盖的层高优势还可以在结构抗浮、土方开挖、基坑支护、降水等方面带来经济优势;在施工方面,无梁楼盖具有施工支模简单,楼面钢筋绑扎方便,从而大大提高施工速度的优点。
但是无梁楼盖也有其自身的缺点:由于取消了肋梁,使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大,柱子周边的剪应力高度集中,可能会引起局部板的冲切破坏;无梁楼盖对不均匀荷载极为敏感,抗连续倒塌能力弱,施工时必须严格控制施工荷载;无梁楼盖结构一般设剪力墙(板柱-剪力墙结构)来增加侧向刚度,提高抗震性能,相比有梁的框架-剪力墙结构,板柱-剪力墙结构抗震性能较差。
设防烈度为8度(0.30g)时,不宜采用板柱-剪力墙结构。
设防烈度为9度时,不应采用板柱-剪力墙结构。
规范对板柱-剪力墙结构房屋适宜的最大高度有严格规定:设防烈度6度时为80m,设防烈度7度时为70m,设防烈度8度(0.20g)时为55m,设防烈度8度(0.30g)时为40m。
二、无梁楼盖的设计方法及建模计算根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,无梁楼盖计算时应考虑板的面外刚度影响,其面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为框架梁计算,即有限元法和等代框架法。
无梁楼盖的预制箱体
箱体一般上下板厚4cm或5cm,里面设置6mm或者4mm的钢丝网实际工程中,无梁楼盖底面可以封口(两个半箱,合盖)或者开口
(上层设置半箱)
此类预制箱箱体薄弱,容易损坏
只需要水平模板,不需要侧模
箱体一般1mX1m,矩阵式排布,中间12~15公分的密肋梁
适合于平面规整的建筑平面
不规整平面,还需要小箱,或者现浇
施工速度快
现场施工质量非常重要
施工后底面—--底面封口
施工后底面—--底面开口
优点
1、施工速度快
2、减少净高
3、可以实现大跨
4、土建综合成本低
缺点
1、耐久性未经过完全检验。
本类产品,在任何的开发商或者设计
中,都不是第一选择!!!在结构设计业内,除了厂家以及学术研究外,鲜有开发商主动去使用该产品。
2、一般均为厂家供货,然后按照指定产品设计。
建筑使用寿命50
年,在后期维护、修理,厂家是否能够提供持续的服务(该厂家是否能够存在?),存疑!!!
3、计算模型不清晰,这是结构设计人员最为担心的事情。
4、箱体厚度较小,在吊顶、使用或者施工不当造成损伤后,难以
修补。
5、空心腔体在卫生间或者厨房等位置,或者临近位置,渗水后难
以处理。
浅谈无梁楼盖结构设计要点和构造要求1、无梁楼盖的基本构造无梁楼盖结构主要是由板和柱构成,由于柱顶处平板直接将荷载传递给柱,因此会在柱顶形成集中受力区域,产生柱头对板的冲切破坏,为了防止这种破坏的发生,往往在柱顶设置柱帽,以增大柱头与楼板的接触面积,有利于荷载的合理分布。
无梁楼盖结构中的板可分为柱上板带和跨中板带。
为了提高结构的抗震性能,应在柱上板带设置暗梁,以提高结构的整体性。
无梁楼盖的构造要求可参考为:混凝土等级不宜低于C30;板最小厚度不应小于150mm;柱帽边长不宜小于板跨度的1/6,厚度不宜小于1/4板的厚度;柱截面边长不应小于400mm,剪跨比不应小于2,高宽比不宜大于3;暗梁宽度可取柱宽加上柱宽度以外各1.5倍板厚。
2、无梁楼盖的内力计算无梁楼盖既可按弹性理论计算,也可以按塑性理论计算。
通常在进行无梁楼盖设计时,可以采用三种方法:等代框架法、经验系数法、精确计算法。
2.1 等代框架法。
该法也是手工近似计算的方法之一,计算宽度取垂直于计算跨度方向两相邻区格的中心间距,计算中纵横两方向均应承担全部荷载。
在垂直荷载作用下,板柱结构的平板和密肋板可采用等代框架法。
计算其内力:①等代框架的计算宽度,取垂直于计算跨度方向的两个相邻平板中心线的间距;②有柱帽的等代框架梁、柱的线刚度,可按现行规范GBJ130-90《钢筋混凝土升板结构技术规程》的有关规定确定;③计算中纵向和横向的等代框架均应承担全部作用荷载;④计算中宜考虑活荷载的不利布置。
按等代框架计算垂直荷载作用下板的弯矩,当平板与密肋板的任一区格的长短边比≤2 时,可分配给柱上板带和跨中板带支座负弯矩分别为75%和24%,跨中正弯矩分别为55%和45%;有柱帽时,其支座负弯矩应取刚域边缘处的值,除边支座弯矩和边跨中弯矩外,分配到各板带上的弯矩均应乘以0.8的系数。
等代框架法与经验系数法的主要区别在于,等代框架法先分别算出等代框架的支座弯矩和跨中弯矩,再按上述系数分配到柱上板带和跨中板带。
浅析无梁楼盖设计摘要:无梁楼盖结构体系是具有构造简单、板底平整、整体性好、结构高度小、建筑空间大、施工方便等等优点。
但同时也具有受力复杂,抗震性能差等缺点。
本文主要系统介绍了无梁楼盖的设计方法,在设计中需要重点验算的部位及一些构造要求。
关键词: 计算方法;无梁楼盖冲切、剪切1概述无梁楼盖即是在楼盖中不设置梁肋,将板直接支承在柱上,楼面荷载直接通过柱子传至基础。
无梁楼盖又分为板柱结构和板柱—剪力墙结构。
板柱结构由楼板、柱和柱帽组成;板柱—剪力墙结构由楼板、柱、柱帽和剪力墙组成。
在我国,无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术,常用于冷库、商场、仓库、书库等建筑。
较之传统的密肋梁结构体系它具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高等优点。
并且,采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。
在施工方面,采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便,设备安装方便等优点,从而大大提高了施工速度。
因此,采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。
但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点:由于取消了肋梁,使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大,柱子周边的剪应力高度集中,可能会引起局部板的冲切破坏;侧向刚度比较差,层数较少时可以设置板柱结构来抵抗水平荷载,当层数较多或要求抗震时,一般需要设剪力墙、筒体等来增加侧向刚度。
对无梁楼盖进行工程设计的研究具有一定的实际意义。
2计算方法通常在进行无梁楼盖设计时,可以采用三种方法:弯矩系数法、等效框架法、精确计算法。
2.1弯矩系数法弯矩系数法是在弹性薄板理论的分析基础上,给出柱上板带和跨中板带在跨中截面、支座截面上的弯矩计算系数;计算时,先算出总弯矩,再乘以相应的弯矩计算系数即可得到截面的弯矩。
采用弯矩系数法时,必须符合下列条件:①每个方向至少有三个连续跨;②任一区格板的长跨与短跨之比值不大于 1.5;③同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的1/3;④可变荷载和永久荷载设计值之比q/g≤3。
无梁楼盖的预制箱体
箱体一般上下板厚4cm或5cm,里面设置6mm或者4mm的钢丝网实际工程中,无梁楼盖底面可以封口(两个半箱,合盖)或者开口
(上层设置半箱)
此类预制箱箱体薄弱,容易损坏
只需要水平模板,不需要侧模
箱体一般1mX1m,矩阵式排布,中间12~15公分的密肋梁
适合于平面规整的建筑平面
不规整平面,还需要小箱,或者现浇
施工速度快
现场施工质量非常重要
施工后底面—--底面封口
施工后底面—--底面开口
优点
1、施工速度快
2、减少净高
3、可以实现大跨
4、土建综合成本低
缺点
1、耐久性未经过完全检验。
本类产品,在任何的开发商或者设计
中,都不是第一选择!!!在结构设计业内,除了厂家以及学术研究外,鲜有开发商主动去使用该产品。
2、一般均为厂家供货,然后按照指定产品设计。
建筑使用寿命50
年,在后期维护、修理,厂家是否能够提供持续的服务(该厂家是否能够存在?),存疑!!!
3、计算模型不清晰,这是结构设计人员最为担心的事情。
4、箱体厚度较小,在吊顶、使用或者施工不当造成损伤后,难以
修补。
5、空心腔体在卫生间或者厨房等位置,或者临近位置,渗水后难
以处理。
针对地下室顶板无梁楼盖坍塌的分析及思考(好文)一、问题的提出对于无梁楼盖,有3个大的疑问:一些有深度的分析文章中有一个令人深思值得探讨的观点,就是相对于梁板结构,无梁楼盖结构受力直接,故无梁楼盖从经济和合理性上优于梁板结构.几乎所有的坍塌破坏全是地库结构的顶板,原因都是覆土超载,但超载不仅仅是无梁楼盖,工程实际中应该更多的梁板结构超载为什么没有坍塌的案例呢?无梁楼盖的应用范围不仅仅是地库的顶板,地下车库的楼板和基础底板的倒无梁楼盖;地上结构的板柱剪力墙结构应用的更广泛,但为什么没有坍塌的案例(韩国一八层商场的整体坍塌据说是板柱结构,是一个极端的案例,下面再说)?为什么仅仅在地库顶板发生了坍塌呢,只是超载这么简单的原因吗?二、无梁楼盖的受力分析对于大板结构,柱直接支撑板,板的受力是柱四周的板拉压应力(柱帽区)最大,柱轴线的跨中的板的拉压应力次之(柱上板带),而板中心区域的板(跨中板带)应力最小,这是毫无疑问的.有限元的分析已经证明了这个受力的分布,简化计算的弯矩公式也是如此,柱上板带负弯矩约占总弯矩的50%,柱上板带跨中约占18%,跨中板带的的负弯矩和正弯矩和负弯矩差不多,分别是17%和15%,合起来是100%.上述的板应力分析计算有一个基本假设,即假设柱根部的混凝土冲切(或抗剪)不存在任何问题的情况下板内部的应力分布.如果冲切(剪切)破坏了,所谓的应力分布就没有意义了.而规范上混凝土冲切(剪切)计算和板的弯矩分布是分别进行计算的,也就是说板冲切破坏与否与板受弯计算上是没有关系的.实际上很多文章认为无梁楼盖优于梁板结构就是在这种冲切(剪切)没有问题的假设下进行的.梁板结构是板作为荷载(假设没有承载力)传到梁上,梁荷载再传到柱子上的.所以楼板自身的承载力(可以假设直接把梁去掉,板照样可以有一定的承载力)就被浪费掉了,这也是认为梁板结构不经济的一个主要原因,从另外一个角度说楼板的承载力也可以考虑为结构的安全储备.有限元计算梁板结构的梁配筋采用弹性板6就考虑了板的作用,可以减低梁的钢筋,很多优化公司也是这样做的,实际上也可以理解是吃掉了结构的安全储备,孰优孰劣看从那个角度说了.如果单纯从充分利用材料(经济的角度?)来考虑,对于无梁楼盖,柱周边的应力集中部位(谢靖中博士的应力岛理论)可以用柱帽的厚度来抵抗,柱网中部的1/2的中部的区域甚至可以用普通板厚的一半都可以够了了,但给施工带来的不便的成本增加也许大于材料的节约,故实际工程没人这样做.有一篇文章很有意思,说无梁楼盖的应力流为斜向(对角柱的方向),如果从受力直接角度为合理的原则,斜向配置钢筋垂直交叉配筋的跨中板带支撑与柱上板带更优(见下图).力流图(跨中附近)板带配筋(仅表示受力钢筋)很多人认为这样配筋难以施工,但很少有人单纯从受力的角度来分析其正确性,我试着用简单的概念从受力的角度来分析一下.可以单独计算不同传力方向的中点挠度来反算其刚度比从而得出其不同方向的受力占比(和双向板的传力概念相同),见下图(可考虑为编制的网状绳索,垂直布置时无斜向的应力,同样斜向布置时无垂直方向的应力)从上图可以看出,斜向受力并不比垂直向直接,但不是说斜向就不受力,只是从工程的角度难以综合考虑斜向受力和配筋罢了.我过去设计无梁楼盖计算板的配筋是采用柱上板带和跨中板带的弯矩分配表设计,实话说还是隐隐有些担心的,因为最大弯矩处的柱上板带的支座有大部分的钢筋并没有直接在柱子上面,而是两个方向板带的“互支”,其支座的刚度必然不足.规范规定的暗梁范围的钢筋(总柱上板带的一半)要集中在柱上及两侧1.5倍的范围内,我理解就是考虑这个因素,受弯钢筋不能平均布置在柱上板带区域,而是尽量向柱子集中.很多关于无梁楼盖坍塌的案例分析文章大篇幅的分析了楼板的受力,这个斜向受力是其中比较有思考和创新的观点,但这种类似分析和大量无梁楼盖的坍塌其实没有关系,因为没有一例是因为楼板的抗弯钢筋的计算配置造成的.三、无梁楼盖的冲切(剪切)破坏现在的设计方法是冲切和板的受弯分开计算.即用规范的公式首先计算柱帽的冲切,冲切没有问题的情况下,再用简化的方法或有限元的方法计算板的弯矩(应力)分布进行板的配筋.对于板混凝土的冲切,规范给出的公式不复杂,见下式:白生翔前辈发表的文章主要讲冲切的,来自于大量的详实的实验数据和理论研究,令人敬佩.但实话说我并没有完全看懂,不过我理解老前辈文章的意图是说规范给出的公式有很多的不足之处和不安全因素,提醒设计人员要注意在应用规范的该公式时应该有一定的安全富裕量.我以前的文章也说过,板的抗冲切和梁的抗剪本质是一样的,都是混凝土斜截面上的拉应力超过混凝土的抗拉强度后的破坏,规范的梁的抗剪和混凝土的抗冲切抗力都是来源于此.梁板结构的柱根部同样是受力最复杂的部位,因为把一个区格的荷载全部集中在4根梁的4个与柱相接的断面来承担,从理论上和概念理解上是不如四面围板的受力更合理的.但为什么梁板结构没有一例坍塌事故,而无梁楼盖频频坍塌呢?这只能从两种结构的设计及配置钢筋做法不同来说了,因为上文说过,板的抗弯(包括柱根部的抗弯)不是坍塌的原因,故下面的分析仅就抗冲切(抗剪)这个方面来分析的,因内容太多只能分条罗列,无法照顾到其内在的逻辑关系了.1.混规的6.5.1条给出了不配置箍筋弯起钢筋的板的抗冲切公式让很多的工程师想当然的认为如果计算混凝土自身的抗冲切大于外荷载的要求,就符合规范设计要求了.而梁的斜截面抗剪公式没有纯混凝土抗剪的公式,也就是说没有一根梁的设计和构造只配纵筋而不配箍筋的.这是无梁楼盖坍塌的真正原因吗?2.为什么都是按规范的设计,而无梁楼盖发生了坍塌的事故,而梁板结构却没有呢?白生翔前辈的文章给出了部分答案,规范的抗冲切公式来源于实验数据,但真正的无梁楼盖可能比实验室要复杂的多,规范给出的公式可能是不安全的,比如白前辈所讲的弯剪破坏,而不是规范单纯的冲切破坏.我发布的一篇关于地下室为什么喷水的文章谈到,由于无梁楼盖的柱根部弯矩巨大,但穿过柱子的配筋很少,钢筋屈服造成柱端上部裂缝延伸很深,破坏了该界面的抗剪能力,所以造成柱的直冲破坏.下面的图片可以看出就是就是齐刷刷的根部直冲破坏的,这也许就是白前辈说的弯剪破坏吧,这样的直冲破坏的承载力可能就远远小于冲切锥破坏的抗力好几倍了.梁板结构穿过柱子的钢筋是无梁楼盖的很多倍,不会发生负弯矩的那样大的裂缝,梁抗剪破坏基本就是规范计算的斜截面的抗剪,有加密箍筋的作用,所以同样按规范设计的梁的抗剪的能力要远远大于无梁楼盖的抗冲切(实际坍塌的可能是直冲的破坏,其抗力甚至低于规范计算的冲切锥的抗力)的能力.3.有人说无梁楼盖应用范围很广,地上结构的板柱结构没有一例事故,不能因为地库的坍塌就说无梁楼盖不是好的结构形式.这得从板冲切的破坏的极限状态来说了,素混凝土冲切的破坏是一种脆性破坏,而梁的抗剪破坏因为箍筋的作用是塑性破坏.一般的地上结构的板柱结构,按荷载规范设计实际的荷载超过设计荷载值的可能性很小,但地库顶板的超载的可能是很大的,最可能的是堆土远远超过设计值.无梁楼盖很可能会发生突然的直冲破坏或冲切锥破坏.而梁板结构荷载超载很多时其设计方法决定了首先发生的是梁的受弯弯曲变形的过大再到弯曲钢筋屈服的延性破坏(强剪弱弯),给施工单位充分的采取措施的时间.4.梁采用的4个断面的斜截面抗剪来支撑整个区格内的外荷载,不考虑板的有利作用,实际是增加了梁板结构的富余度.见下图估算.可以看出,从计算上看箍筋的抗剪作用是混凝土的1.6倍,而且钢筋的极限强度是设计强度的约1.5倍,有很大的屈服变形.也就是说在发生箍钢筋极限拉断时,梁的变形已经经历了足够长的变形过程,有足够的时间可以采取措施了.5.计算板冲切时,可以减掉冲切锥内的荷载,而算梁抗剪是不扣除的.6.无梁楼盖在大荷载下的破坏很可能不是发生规范考虑的椎体的破坏,也可能是在柱周的直冲破坏(白生翔前辈所讲的弯剪破坏),发生这两种情况可能是柱上负筋的配置量不同造成的,负筋大时,可能是椎体破坏,相反可能发生直冲破坏,椎体破坏的承载力要比直冲破坏大很多.从下面的两个图的对比可见一斑:上图穿过柱子的负筋太少,发生了直冲破坏负筋相对较多,发生了冲切锥破坏,下图的承载力还是远远大于上图上述所讲都是在柱帽不配置抗剪箍筋及弯起钢筋的情况下的分析.如果配置了抗冲切钢筋,受力情况和梁结构的情况类似,如果设计得当,可能的确比梁板结构经济,但单纯从防坍塌安全的角度还是没有梁板结构的安全储备大.实际发生坍塌的无梁楼盖无一例外的没有配置抗冲切钢筋.7.不平衡弯矩造成的冲切承载力有大幅度的降低,笔者根据混规附录F粗算了一下,考虑不平衡弯矩时,抗冲切承载力降低约40%,比一般我们认为的要大不少.8.有文章分析说因为柱帽和板没有同时浇筑造成板之间的滑移从而降低了板的承载力造成坍塌,我认为有这个因素,但不是坍塌的主要因素.这样的分析受力非常复杂,反而可能忽略了主要的因素.四、如何正确的设计地下室顶板的无梁楼盖通过上文的分析,在假定无梁楼盖不存在冲切安全问题的情况下,无梁楼盖优于梁板结构.那如何保证无梁楼盖冲切的安全性,即使在野蛮施工高填土的情况下,仅仅发生结构变形、钢筋屈服、楼板开裂,警告一下野蛮施工者,而不是突然的坍塌连给人家改正的机会都没有呢?方法就是在地下室顶板无梁楼盖设计时,任何情况下都要配置抗剪箍筋或弯起钢筋.1.设置暗梁,把计算的柱上板带的钢筋尽量从暗梁区域集中.规范给出的暗梁是柱宽外1.5倍的板厚,有资料建议是柱外0.5倍的板厚,我是认同的,这样可以有效的减少柱边缘的板的裂缝,避免发生直冲破坏,暗梁的箍筋也可以起到抗剪作用.2.设置抗剪型钢或设置抗冲切箍筋及弯起钢筋抗规6.6.4条第4款说:板柱节点应根据冲切要求配置抗剪栓钉或抗冲切钢筋,我认为栓钉的提法不妥.栓钉太短了,无法锚固,也无法穿越冲切面,不知道规范为什么这样规定,实际上也从没有设置栓钉的案例和做法.建议采用抗剪型钢,型钢的长度应该跨越柱子后穿过冲切面后至少一倍的板厚.一600厚(600的柱)柱帽设置一根25a的工字钢的抗剪能力是4X85=340吨,而混凝土的抗冲切力仅为273吨,也就是说型钢的抗剪能力大于混凝土的抗冲切的能力,效果比配置箍筋及弯其钢筋效果好的多.配置型钢的好处,还会使柱帽的范围的板带内的钢筋全部成为防倒塌的拉索钢筋(下面再单谈拉索钢筋的设计),而且使柱上板带的板筋受弯应力钢筋应力比较均匀,提高楼板的抗弯承载力.配置型钢可以避免了柱周的直冲及冲切破坏,这样无梁楼盖的优于梁板结构的应力理论就有了可以实现的基础.采用箍筋和弯起钢筋不如型钢效果好.弯起钢筋和箍筋无法避免某些情况的下的直冲破坏,及上述的型钢的其它除抗剪之外的有利作用.强烈建议有关规范和技术措施专门对地下室顶板的无梁楼盖规定设置抗剪型钢的设计规定.建议按不少于总外荷载的50%设置型钢抗剪键.五、防无梁楼盖坍塌的最后防线-拉索钢筋的设置抗规公式6.6.4第3条公式=设置了穿越柱的板底钢筋,这个钢筋是坍塌的最后防线,也就是抗冲切、抗弯都失效的情况下,这个钢筋就像悬索一样拉住板及上部的负重,不至于坍塌下来.注意是板底,如果在板顶的话,没有箍筋的纵筋可能会挣脱楼板的混凝土保护层的束缚失去拉索的作用.但这个公式似乎没有引起设计人的重视,导致最后一道防线的缺失而发生严重的后果.一个覆土1.5米的8.4X8.4米的无梁楼盖需要的拉索钢筋是多大呢?粗算应该3.5根25的螺纹钢,实际很多无梁楼盖穿过柱子的钢筋也就是3~4根20甚至更小,即使考虑钢筋的拉断的极限强度,超载大概就是超过钢筋设计值拉力也有限,如果施工单位的覆土超过2米以上时,最后的一道防线也会可能被拉断.而同样按规范设计的梁,其最不利的时候也可以按拉索考虑其最后的坍塌防线,梁配置5根25是很正常的,况且上部钢筋因为有箍筋贯通混凝土,上部的钢筋也可以起到拉索的作用,所以同样按规范设计的梁板结构,在最后防线的抗坍塌的能力是无梁楼盖至少5~8倍以上.况且梁板结构从钢筋屈服楼板开裂到最后的拉索拉断破坏有一个漫长的过程,这也是为什么没有一例梁板坍塌原因.六、为什么无梁楼盖的破坏仅仅发生在地下室顶板呢?无梁楼盖也大量应用在地下非顶板的楼板、地上结构的楼板、基础的到无梁楼盖等处,为什么仅仅是地下室顶板发生坍塌破坏呢?1.主要是地下室顶板覆土因施工组织的问题极易超载,如果超载超过无梁楼盖柱帽不配置抗剪钢筋时规范设计冲切承载力的1.5倍以上时,根据上述的分析就可能发生坍塌的可能.2.地上和地下的楼板荷载超过规范设计的可能性很小,规范设计的荷载及材料的分项系数已经给了充分的安全度,故发生坍塌的可能性不大,全球没有听说过一例.韩国商场的倒塌也是无梁楼盖,是因为对结构进行了野蛮的改造以及屋顶设备荷载远远大于设计荷载的若干倍,其倒塌的原因和地下室顶板相类似.3.地上结构因为考虑水平荷载,对楼板的设计考虑的比较精细,一般都会设置暗梁,会大幅度的提高无梁楼盖的抗坍塌的能力.4.基础倒无梁楼盖的设计(4.1)整个结构的荷载传到了基础上,对于局部超载(比如地下顶板的覆土的超载)在柱基础总轴压力的比例还是有限的.(4.2)基础柱帽以下的基础反力是一个鼓起来的峰,按平均值减掉冲切锥范围内的反力荷载计算的外力比实际的外力是偏大的,所以又有了一个安全的储备.(4.3)极端的覆土超载造成的不平衡弯矩在楼板的平衡下传到基础的不平衡弯矩已经很小了,所以其不利影响可以忽略了.所以对于基础的抗冲切,按规范的素混凝土计算公式,应该是有一定安全的,事实上也很少基础冲切破坏的案例.但建议对高层结构的重载柱还是配置适当的抗冲切钢筋.七、规范的承载能力极限状态和工程实际破坏状态的不同很多非专门从事科研、设计的行业从业者往往把规范的承载能力极限与结构的实际破坏混在一起,有些设计人员也有模糊的认识.承载能力极限状态是规范规定的某种状态认为不符合结构的某个安全度或某种特定状态了,认为即不符合规范的设计要求了,但未必是结构破坏了.最典型的是无梁楼盖的坍塌,是和规范规定的承载能力的极限状态完全不同的两种状态.有人认为按规范极限状态理论设计都符合规范要求了,似乎两种结构都是相同的安全度了,但超过规范的某种工况后比如堆土荷载严重超过设计后无梁楼盖和梁板结构的结果是大不同的,上文的很多分析都是超过规范的承载能力极限状态后结构的不同,这是规范难以考虑周全的地方,需要工程师们心里有底.八、综述1.地下室顶板的无梁楼盖强烈建议采用型钢抗剪建抗剪,至少必须采用抗剪箍筋或弯起钢筋,暗梁的设置也非常必要可以有效的提高柱端部的抗冲切(抗剪)能力.在解决端部抗冲切(抗剪)的情况下,无梁楼盖经济上优于梁板结构,并具有可靠的安全度,即使破坏也是非坍塌的延性屈服破坏.2.非地下是顶板的无梁楼盖的楼板应该设置暗梁.3.倒无梁楼盖基础在充分考虑垂直荷载情况按冲切计算符合规范要求并有一定富余量的基础底板可以不配置抗剪箍筋和弯起钢筋等.4.梁板结构在超越规范承载能力极限状态的防坍塌能力上远远高于无梁楼盖,但无梁楼盖采用了型钢等抗冲切(抗剪)措施的无梁楼盖防坍塌能力显著增强,但其板的抗弯能力的经济型优于梁板结构.5.专门规定地下顶板的无梁楼盖的设计方法非常迫切和必要,政府部门不能因噎废食一禁了之,让追求受力合理、经济的工程师们心头发凉.。
无梁楼盖的优缺点发布时间:2021-05-20T07:55:46.728Z 来源:《房地产世界》2021年2期作者:刘国瑞秦龙[导读] 无梁楼盖体系是一种不设主次梁,将楼板支承在柱上,楼面荷载直接通过柱子传至基础的板柱结构体系。
无梁楼盖结构体系具有传力途径简洁直接、净空利用率高、造型美观、有利于通风、便于布置管线和施工的优点,用于地下车库、仓库、商场等时,其综合经济性比传统梁板结构有很大优势。
无梁楼盖体系传力途径简洁直接,所以在满足同样设计安全度的基础上,其抗垮塌冗余度没有普通梁板结构大,延性稍差。
这种条件下,破坏经常是突发性的,没有预警期。
刘国瑞秦龙中国建筑第二工程局有限公司北京 100000摘要:无梁楼盖体系是一种不设主次梁,将楼板支承在柱上,楼面荷载直接通过柱子传至基础的板柱结构体系。
无梁楼盖结构体系具有传力途径简洁直接、净空利用率高、造型美观、有利于通风、便于布置管线和施工的优点,用于地下车库、仓库、商场等时,其综合经济性比传统梁板结构有很大优势。
无梁楼盖体系传力途径简洁直接,所以在满足同样设计安全度的基础上,其抗垮塌冗余度没有普通梁板结构大,延性稍差。
这种条件下,破坏经常是突发性的,没有预警期。
关键词:无梁楼盖;优缺点;地下室某商住楼项目建筑面积:169223.08m2,地上建筑面积:138152.41m2,地下室建筑面积:31070.67m2,其地下室顶板采用的是现浇无梁楼盖。
整个地下室在使用中呈现简洁美观,便于消防管线和通风布置。
1 现浇无梁楼盖在高层地下室中的应用优缺点高层建筑对抗震等级以及稳定性要求较为严格,需要对地下室现浇无梁楼盖进行专项安全设计,现浇无梁楼盖的设计方案中,具有明显的应用优势,由于无梁楼盖顶板施工无需利用梁柱与钢筋混凝土板作为直接支撑,因此其结构更加简单、传力路径更加合理,由于地下室顶板设计为无梁楼盖,使地下室的净空率更高、造型相对美观,有利于地下室使用中的消防管线和通风布置。
无梁楼盖的设计方法分为以下三种:(一)经验系数法经验系数法的大致思路:首先求得楼板在计算方向上的总弯矩,再将此总弯矩按照比例分配柱上板带和跨中板带的控制截面(支座和跨中)。
此方法含以下几个要点:1. 柱上板带和跨中板带的划分,此问题在后面另有讨论。
2. 总弯矩的计算。
这里的总弯矩是指以一品框架柱的负荷宽度为计算宽度,以考虑柱帽而修正的柱间距为跨度,按简支梁算得跨中总弯矩。
例举X 方向总弯矩公式见下:2)32()(81c lx ly q g Mox -+= ly: Y 方向柱距lx : X 方向柱距c : 柱帽在计算方向的有效宽度3. 分配系数将计算方向上所算得的总弯矩(例如Mox )分配给柱上板带和跨中板带各自的支座截面与跨中截面,仅需要将总弯矩乘以以下表格中的系数即可。
(选自《北京统一技术措施》,《全国统一技术措施》与《混凝土升板结构技术规范》中与此类表格略有不同)∑ -0.530.4 -0.67 -0.67 0.33 ① ② ③ ④⑤ 分析以上系数的求和值:-( ① + ③ )/2 + ② = 1.0- ④ + ⑤ = 1.0由此可以看出,板带跨中和支座截面弯矩的分配,遵照了梁支座及跨中弯矩间的一般规律,及两端支座负弯矩的平均值与跨中弯矩求和等于按简支梁计算的跨中弯矩。
由于无梁楼盖的塑性调整能力很强,为了减少柱上板带支座钢筋,在总弯矩不变的条件下,允许将柱上板带负弯矩的10%分配给跨中板带负弯矩。
4. 适用条件经验系数法适用条件,如下:a. 每方向至少应有三个连续跨b. 同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的30%c. 矩形柱网两方向柱距的比值不大于2d. 可变荷载和永久荷载的比值不大于3经验系数法简单易行,但只能用于楼盖体系在竖向荷载下的计算,由于没有考虑竖向构件与楼盖间的相互影响,不能分析整体结构,更无法考虑地震作用,加之适用条件较为苛刻,实际工作中的应用面较小。
(二) 等代框架法等代框架法的大致思路:以楼板厚度为梁高度,以一定的规则选定梁宽度(后详),以某种方法考虑柱帽对框架计算跨度及层高的影响,建立等代框架,进而进行竖向荷载及水平地震作用下的单品框架的计算,得到内力结果后,将竖向荷载下等代框梁的内力按照下表分配给柱上板带和跨中板带,跨中板带便可直接进行截面设计,而柱上板带和框柱尚需进行地震工况和竖向荷载工况的内力组合,以及规范对框架结构要求的内力调整后才能进行截面设计。
正方形板格柱上板带和跨中板带弯矩分配比例矩形板格柱上板带和跨中板带弯矩分配比例可惨见《北京技术措施》P141表5.7.4-3为保证水平作用下板柱结点的延性和竖向荷载下板柱结点冲切破坏后的安全缀余度,《抗规》第6.6.7条要求:无柱帽平板宜在柱上板带中设置构造暗梁,暗梁宽度可取柱宽两侧各不大于1.5倍板厚。
暗梁支座上部钢筋面积应不小于柱上板带钢筋面积的50%,暗梁下部钢筋不宜少于上部钢筋的1/2。
《北京技术措施》中甚至没有提出“无柱帽平板“的限制,且建议暗梁纵向钢筋全部拉通设置。
这项措施也从侧面印证了无梁楼盖极强的塑性调整能力。
可以看出,以上描述的计算方法的计算对象是楼板和柱组成的等代框架体系,但由于平板无法有效的约束柱端的转动,体系抗侧能力太弱,体系中必须增设抗震墙,组成板柱-抗震墙结构才能有效的抵抗水平作用。
为了形成多道抗震防线,《抗规》第6.6.5条要求抗震墙应能承担全部的地震作用,板柱部分应能承担各层地震作用的20%。
等代框架计算模型的建立方法,目前各种资料在细节操作上还没有统一的标准,例如等代梁宽的选取,计算柱距及层高的简化1.等代框架梁宽的选取,在竖向荷载计算和水平作用计算时有所不同。
竖向荷载计算时大致可取垂直于计算跨度方向的两个相邻区格板中心线间的间距,《北京统一技术措施》中对长短边之比>2的中间区格板的情况还给出了更为详细的选取方法(p140页2.7.4-2)。
水平作用计算时,目前尚无公认的等代梁宽度的确切的计算方法。
《抗规》以外的多种资料推荐等代梁宽度bx取以下两式的小值:bx+=(5.0cly).0=bx75lx上式可见,除考虑了计算方向两相邻区格板中心线间的间距的因素外,还考虑了计算方向上柱距的因素。
《抗规》中的规定则相对简单,第6.6.6条规定:板柱结构在地震作用下按等代平面框架分析时,其等代梁的宽度宜取垂直于等代平面框架方向柱距的50%。
即:.0=bx50lx2.等代框架计算跨度的确定:《北京统一技术措施》中,同梁计算宽度的选取一样,计算跨度的确定也没有考虑有柱帽的情况,直接取用计算方向上柱距。
在有柱帽时,这样计算似乎不合适。
《全国统一技术措施》中建议按照《混凝土升板技术规范》规定方法,即:跨度直接取用计算方向上柱距,但引入结点刚域的概念,将刚域长度与柱帽斜面倾角、楼板厚度、等代梁宽度等联系(见《升规》P34页第6.2.6.二、p78页附录十)。
这种方法比较合理,但操作复杂。
查阅早期书籍《钢筋混凝土建筑结构与特种结构手册》,之中对计算跨度的确定方法为计算方向上柱距减去2/3柱帽有效宽度,即:c lx lx 32'-= lx 为计算跨度。
这种方法构建的等代框架,抗侧刚度理论上偏小,但易于操作,但对于可以忽略侧移的竖向荷载下的计算还是比较适的。
3. 等代框架计算层高的确定:《北京统一技术措施》中,计算层高的确定没有考虑有柱帽的情况。
《全国统一技术措施》中建议按照《混凝土升板技术规范》规定方法,即:计算层高直接取用楼板中心距离,也引入结点刚域的概念,将刚域长度与柱帽斜面倾角、柱截面高度、柱帽高度等联系(见《升规》P34页第6.2.7.二、p78页附录十)。
这种方法比较合理,但操作复杂。
查阅早期书籍《钢筋混凝土建筑结构与特种结构手册》,之中对计算高度的确定方法为层高减去柱帽高度。
这种方法简单易行。
4. 适用条件限制等代框架法超越了经验系数法的四个适用条件限制,并且考虑了柱和楼盖间的相互影响,平面内可以以整体结构的方式计算水平地震作用,较经验系数法而言,适用面宽松许多。
但是,等代框架法毕竟是建立在经验之上的简化计算方法,也存在一些不足之处。
第一,在计算模型的建立过程上较为繁琐,尤其若使用《升规》中建立结点刚域的方法,每确定一个刚域尺寸,都需要查表,因此适用于比较规则的、可以选出有限榀有代表性等代框架的的结构;第二,板的截面设计不宜操作,尤其对于有托板的楼盖。
按照等代框架法的计算方法,截面的配筋计算是在弯矩分配给跨中及柱上板带之后进行,而多数计算软件是内力与配筋一体式计算的,这就意味着要把内力和配筋分为两步计算,降低了工作效率。
如为无托板的楼盖,改用配筋分配,即参考板带间弯矩分配系数来分配板带间的配筋,便能弥补这一点上的不足,虽然理论上略偏于保守。
对于有托板的楼板,由于柱上板带支座位置控制截面多为托板位置,截面高度为托板厚度加楼板厚度,而柱上板带却单为楼板厚度,两者厚度不一致,无法统一进行截面钢筋的计算,故配筋分配的方法不能使用。
(目前在我公司的设计中,无梁楼盖多用于地下车库结构,为满足上部管线的埋深要求,一般至少需有1.5m 覆土,而车库柱网又多见8m 的柱距,这种情况下处于经济合理的考虑,一般多用带托板的楼盖。
)第三,对于地上的抗震板柱剪力墙结构,由于竖向荷载与水平作用下,所选取的等代梁计算宽度不一致,无法用一般的平面框架软件完成内力计算和截面设计的一体化操作,需要人工介入内力组合,工作量大,不适用于当前的实际工程环境。
第四,对于带有人防功能的无梁楼盖不好操作,常用的PK 平面框架计算程序,没有涉及人防计算功能,由于无法取消PK 的不利活荷载布置计算,即使使用活荷载代替人防等效静力荷载和改变相关计算参数的方法也无法正确计算结构的人防工况。
总之,在我公司目前的实际工程环境下,等代框架法只使用于计算没有人防功能的、因柱网较小或上部荷载很小而不设置托板的、很规则的地下车库结构。
使用等代框架法(或是经验系数法)计算板柱结构时可能还存在一个疑问,即在x或y 方向计算都都使用了全部荷载,是否重复了。
产生这个疑问的根源是错误地把双向板中两个方向分配荷载的概念带到板柱结构中了。
双向板中,板四周支座边梁没有竖向位移,荷载向支撑边传递,于是就有荷载分配的概念。
而无梁楼盖只有柱支点位置没有竖向位移,跨中板带有竖向位移,是跨中板带的弹性支点,因此荷载直接向四个支点传递,不存在荷载分配问题。
所以无梁楼盖的计算,两个方向都要考虑全部荷载。
(三) 有限元法同以上的两种计算方法不同,有限元法计算无梁楼盖没有柱上和跨中板带的划分,在一定程度上是一种精确计算楼盖平面各点内力和配筋的方法。
现仅以教材上介绍的杆件矩阵位移法下,已知荷载求解内力为例,大致描述有限元法的基本思路:第一步:将整体结构离散为单个的构件,逐一建立各各构件边界结点的本构方程,即确立各各构件的单元刚度矩阵e k 。
第二步:将各各构件的单元刚度矩阵e k 转换进整体坐标系下,按照结点编码集成为结构的整体刚度矩阵K 。
第三步:将各构件的边界结点固固定,求出各构件在其上荷载作用下的等效边界单元固端约束力向量p e F。
第四步:将各各构件的固端约束力向量p e F 转换进整体坐标系下,按照结点编码集成为结构的结点约束力向量p F 。
第五步:利用基本方程0=+∆p F K 求解结构结点位移向量∆。
第六步:将结点位移向量∆按节点码分给各各构件的结点,并转换回各构件的局部坐标下,形成各杆件的单元结点位移向量e ∆。
第七步:将构件单元刚度矩阵e k 与结点位移向量e∆相乘,并与将各构件的边界结点固定并作用实际荷载所求得的单元内力叠加,即为各构件的实际内力。
至此已知结构荷载求解内力完成。
可见有限元的基本求解思路为:整体拆分为单元确定结点刚度特性,单元集合为整体求解结构位移,整体再拆分为单元求解单元内力。
由于有限元法比较复杂,没有能力系统论述,只能就近期地下车库设计中,运用的PKPM 系列SLABCAD 程序有限元法计算无梁楼盖中遇到的具体问题个别说明。
1. 网格划分。
PM 模块建模中,需要用截面100x100的虚梁划分楼板。
在SLABCAD 中,只使用虚梁自动判断楼板边界信息,并辅助楼板单元的划分,真正的有限元网格划分是程序自动完成的,控制尺寸由SLABCAD 中参数输入选项控制,如图1.0所示。
从理论上看,有限元网格划分越细小,分析精度越高,但过高的精度对钢筋混凝土这种材料,尤其是塑性调整能力很强的无梁楼盖意义不大,甚至偏离真实的塑性受力状态更远,并且降低了计算速度。
SLABCAD 建议:单元最大边长的适宜取值因工程规模而异,规模较大的可取大些,反之可取小些,对于一般工程而言,可在600mm~1500mm 之间取值,程序隐含取值1000mm 。