密肋楼盖在大跨度异形空间中的应用.doc

密肋楼盖在大跨度异形空间中的应用秦德峰1 金明昌1 王大伟1 （1 天津房屋鉴定勘测设计院）【摘要】 鉴于密肋楼盖刚度大、抗震性好、增加净高、施工速度快、外型新颖美观的优点，结合结构设计的工程实践，对大跨度异形密肋楼盖有限元计算结果进行分析对比，探讨了此种结构用于实际工程的设计问题。 关键字：密肋楼盖 大跨度 异形板 设计方法随着生活水平的提高，人们对居住空间的要求越来越高，异形大跨度空间也越来越多地出现在实际建筑结构中，而在这种复杂大开间结构设计中，楼盖的结构形式选择是关键，结构安全性、经济性、建筑净高要求、施工方便、外型美观性都是需要考虑的因素。而密肋楼盖刚度大、抗震性好、增加净高、施工速度快、外型新颖美观的特点使之非常适合应用于这类大空间建筑中。本文以一工程为例，结合近几年对大开间密肋楼盖的研究成果，对此种结构用于实际工程时的设计问题进行了探讨。1 工程概括该工程为一办公楼项目，建筑面积约为5000m2，建筑主体为地下一层，地上四层，地下室层高为4.8m，地上各层层高为3.9m，结构采用框架结构，抗震设防烈度为7度（0.15g）,设计分组为第一组，场地类别为类，采用桩筏基础。建筑平面呈L形，在L形两肢连接处局部有异形大空间房间，尺寸约为18m18m，详见图1，此处楼板由于建筑上要求，梁截面高度不能超过850mm。图1 结构平面图2 楼盖结构形式的选取针对此大空间房间跨度较大，而且房间形状不规则属于异形板的情况，最先考虑采用井字梁楼盖、预应力肋梁楼盖及密肋楼盖三种结构形式，但由于井字梁楼盖难以满足建筑梁高不能超过850mm的要求，而预应力肋梁楼盖施工较为复杂且经济性不高，两者不适合该工程被弃用，而密肋楼盖整体性好，刚度大，承载能力高，自重较轻，抗震性能好，楼盖结构层厚度小，工程造价低，施工方便，造型新颖美观等优点，较前两者更适用于本工程，最后决定选用密肋楼盖结构形式。3 密肋楼盖结构构件尺寸及间距本工程根据以往研究结果及工程经验，参考井字梁结构的跨高比、钢筋混凝土实心板跨高比取值及小肋距的影响，并针对本工程跨度较大的情况，肋高按L/20L/25取（L为短跨方向跨度，此处取18000mm）800mm，密肋板厚取100mm,肋宽取250mm，肋中心距取1.2m。为了使两个方向的肋梁都支承在竖向位移都很小的支座上，本密肋楼盖的四周布置了宽高为450mm850mm的刚度较大边梁。密肋肋梁布置方式选取两种方式：方式一为部分肋梁交于框架柱上（见图2），方式二为全部肋梁避开框架柱（见图3），根据分析结果确定最为合理的布置方式。图2 结构平面图(方式一)图3 结构平面图(方式二)4 密肋楼盖静力内力分析由于此密肋楼盖为异形楼板，内力分析较为复杂，常规楼板分析中的荷载分配、荷载传导及内力计算等假定不太适合该异形楼板分析，为了得到较为精确的结果，本工程采用精确有限元模型进行计算分析，分别通过Sap2000和Midas有限元分析软件建模分析，并对结果进行对比，从而得到较为合理的内力结果，然后再进行配筋计算。在建立有限元模型时将楼板离散为多个空间板单元，肋梁离散为多个空间梁单元，肋梁由框架梁或柱支撑；在有限元分析时，整个板单元以肋梁单元为界进行划分，而每小段肋梁单元则划分为两个单元。图4 Midas分析弯矩图图5 Sap2000分析弯矩图图6 Midas分析剪力图图7 Sap2000分析剪力图整个密肋板呈对称布置，为了方便结果对比，我们取具有代表性的四根框架梁进行分析，分别编号为ML1ML4，各梁位置见图2及图3，分别通过Sap2000和Midas有限元分析软件进行计算，计算后弯矩图见图4及图5，剪力图见图6及图7，各肋梁内力结果见表1。表1 肋梁内力结果（绝对值）布置方式一布置方式二左支座跨中右支座左支座跨中右支座ML1弯矩M（kN/m2）MIDAS结果 1019254810727265551Sap2000结果911252809727264552剪力N(kN)MIDAS结果 67505015270306Sap2000结果61505005250306ML2弯矩M（kN/m2）MIDAS结果 218249209163257170Sap2000结果209247212166256168剪力N(kN)MIDAS结果 4407715072Sap2000结果6007816073ML3弯矩M（kN/m2）MIDAS结果 1201939110419767Sap2000结果1241939410519669剪力N(kN)MIDAS结果 5004834041Sap2000结果5404834041ML4弯矩M（kN/m2）MIDAS结果 1891275913212953Sap2000结果1901266013412854剪力N(kN)MIDAS结果 12906672068Sap2000结果12706673068由分析结果我们可以得到：1）两种软件分析结果基本相同，说明该密肋楼盖有限元分析结果较为稳定可靠，设计方案满足设计要求。2）两种布置方式下，密肋板中部的肋梁内力最大，越往板边，肋梁内力越小；密肋板中间最大挠度值为30mm，满足规范要求，且整体挠度变形呈“碗”形；说明密肋板的内力及挠度分布基本符合平板结构特点。3）两种布置方式下，除了“布置方式一”中由于框架柱竖向刚度较大，与框架柱相连的肋梁支座内力较大外，其余肋梁内力较小且较为接近。说明密肋楼盖整体性受力好，承载能力高。综上所述，可以得出密肋楼盖有限元分析结果较为稳定可靠； “布置方式二”中各肋梁内力分布更为均匀，受力性能较好，所以设计时采用此种布置方式。5 密肋板的配筋方案密肋楼盖的配筋方式有别于普通梁板楼盖体系中的板配筋，考虑到经济性、楼板混凝土开裂状况及施工方便性等因素，密肋楼盖的受力配筋主要为配置在肋梁下部的受拉钢筋及支座处的负筋。由于密肋楼板肋梁间常填充砌块等材料，会与肋梁共同作用，增强整个密肋板的受力，但考虑到填充材料强度较低、增加肋宽的作用对配筋影响不大以及有的工程不予填充等情况，此种作用一般不予考虑。1）肋梁底部拉筋及箍筋应按承载力计算结果确定。本工程依据有限元分析所得到的各肋梁内力进行配筋计算，底部拉筋通长配置，在两个方向密肋两相交的交点处，短向的纵向受力钢筋应设置在长向纵向受力钢筋的下面。箍筋采用双肢箍，由于密肋板肋梁间距较小，肋梁混凝土已足以抗剪，所以箍筋一般构造配筋即可。2）密肋梁顶面应配置20%25%纵向受力钢筋截面面积的纵向构造钢筋；而在肋梁支座处受拉区应配置支座负筋，支座负筋应根据支座处内力计算配置，且宜选较细直径钢筋按单排设置，并可布置在肋梁T形截面中翼缘板中，但肋梁中至少应至少有一根受力钢筋，由于本案中肋梁宽度较宽，所以肋梁上部至少需要两根受力钢筋。密肋板其余部分板配筋只需按构造配筋即可，考虑到双向密肋楼盖整体性好，刚度大，裂缝分布比较细密均匀，所以可以选择细而密的钢筋形成钢筋网片进行配置，这对抑制密肋板裂缝有很好效果。3）密肋楼盖挠度最大值为30mm，满足规范要求。在实际施工时，可以考虑对楼盖预先起拱，起拱量按1/10003/1000取，本设计方案取预先起拱25mm进行施工。6 结论1）通过分析本工程大跨度异形空间的特点，最后选择密肋楼盖结构形式，并确定了两种密肋肋梁布置方式。2）通过应用Sap2000和Midas有限元分析软件对大跨度异形密肋楼盖进行建模对比分析，得到了较为稳定可靠的结果，经过两种布置方式的结果对比确定了密肋肋梁避开框架柱的最优布置方式。3）通过合理配筋、预先起拱等措施，使密肋板结构设计充分满足承载力、裂缝、挠度等使用要求。钢筋混凝土密肋楼盖是一种空间受力的结构形式，受力性能好，仍有较大挖掘潜力，因此在今后设计中应充分优化截面形式及配筋用量，使之更加经济实用。综上所述，密肋楼盖在大跨度异形空间中使用是合理可行的。参考文献：1 李培林，吴学敏.混凝土密肋及井式楼盖设计手册M.北京；中国建筑工业出版社，20042 赵曼旭.钢筋混凝土模壳密肋楼盖的内力分析J.天津建设科技，2001（1）；23-24.3 赵曼旭.钢筋混凝土密肋楼盖在竖向荷载作用下的有限元分析与刚度裂缝的研究.天津大学建筑设计研究院硕士论文，1992.64 苏革成.双向正交空心楼盖和密肋楼盖试验比较研究J.山西建筑，2007,33（27）；86-87.作者简介：秦德峰 男 1982.9 初级职称 天津房屋鉴定勘测设计院 天津市和平区卫津路131号，300070金明昌 男 1984.10 初级职称