地库-顶板.doc

第三课：地下车库的主体设计 之 顶板篇 一 地下车库顶板的类型地下车库顶板有梁板式、无梁楼盖这两种基本类型。梁板式顶板对于地下室层高要求较高，对于上部有覆土的顶板，在室外管线和景观不影响的情况下，可以将主梁上翻或者主次梁都上翻，但上翻后，需要在梁上留排水洞，以避免长期土底积水不流通而造成上部绿化种不活，甚至导致土壤损坏，但梁板结构在水平方向的刚度可靠，因此通常作为嵌固层；无梁楼盖用于在柱距比较均匀的工程中，施工比较简单，因为轴线方向没有梁下挂，设备管线可以在板下穿过，不仅节约了净高，对减少挖土和基坑维护的难度都有帮助。二 梁板体系1主次梁布置的最优方案选择对于不同跨度的车库，在布置次梁时，都存在一个最优方案，2008年由王刚主持的地下车库小组，曾经对以下几种次梁方案进行计算、绘图，并由概预算人员进行成本计算，试图说明次梁的布置对经济性的影响，分析对象及统计如下：标准跨距 8m x 8m，1.2m覆土，砼市场价363元/m3，钢筋4700元/t一横一纵 两横 两横两纵方案砼用量（m3）钢筋用量(t)砼造价（万）钢筋造价（万）总造价（万）一横一纵459.64873.0216.685234.319451.00两横524.0270.1919.021932.989352.01两横两纵485.29269.3317.616132.585150.50从这个比较结果来看，一横一纵的钢筋用量最大，两横的混凝土用量最大，两横两纵混凝土和钢筋的用量都是适中的，对应于受力，两横两纵也比较均匀。我们还做了同条件下无梁楼盖测算，请看以下结果：方案砼用量（m3）钢筋用量(t)砼造价（万）钢筋造价（万）总造价（万）无梁584.51465.85521.217830.951852.17可以看到无梁楼盖的钢筋用量比较省，但混凝土用量大。次梁的方案选择不是一成不变的，与工程实际情况与实际跨度有关系，例如顶板顶没有覆土，直接为一层楼面，此时荷载不大，选择一横一纵，梁的数量少，也能充分发挥180mm嵌固板的强度，如果次梁太多，那次梁的配筋会很小，180mm板也为最小配筋率控制，明显是不合适的；当跨度为8m x 5.4m时，我们可以选择一横两纵与两纵去比较，如下图：这两种方案都有优势，一横两纵格子分格比较合理，但两个方向主梁都要做大，两纵方案导致大跨度方向梁特别大，趋于不经济，但有一个方向梁可以做小，因此对于这样的工程，就有必要做一次经济比较；另外从建筑要求来看，两纵布置方案会在很多机械式车库中使用，此时主梁和次梁同高后，机械车位的循环可以做到23跨，这样节约了回转用的车位。2保护层的厚度对于地下室顶板，一般埋置深度，虽然在地下水位以下，但水的压力并不大，我们仍按混凝土设计规范3.4耐久性的规定取二a或二b级。二a室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境b严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境C25C45，相应的混凝土保护层厚度为下表：保护层板梁柱二a203030b253535注：有些地质报告，提及到地下水对混凝土及钢筋有弱腐蚀性或微腐蚀性，此时设计应适当加大保护层厚度510mm，具体情况示地质报告的叙述严重性而定。3主次梁截面的选择对于要控制裂缝W0.20mm的有覆土地下室主次梁，通常按照主梁1/81/10，次梁按照1/121/14来估算截面高度，计算出弯矩后再确定合适的截面，一般认为合适的截面为标准跨的主、次梁支座钢筋均为2排正好放满，这样既避免了大量出现放置3排钢筋的情况，也不会因为少放钢筋而增加梁截面高度给建筑增加层高负担；例如我们求得了典型位置次梁的支座弯矩如下：设计内力包络（设计值）恒载（标准值）不利活载（标准值）标准值+538360.253.6413.8我们注意到 538/413.8=1.3 ，通常我们如果按照1.25来折算标准值，实际上有时增大了标准值，会在裂缝控制时，需要配更多的钢筋，因此建议直接读取SATWE中的计算值。这时我们比较如下截面：截面配满2排钢筋裂缝（mm）配满2排钢筋裂缝（mm）250x6506，25 3/30.2868，22 4/40.255250x7006，25 3/30.2698，22 4/40.239300x6508，25 4/40.19810，22 5/50.194经过比较，我们发现300x650截面在支座正好放满2排钢筋，这样的截面不论在施工上来说或常理来说是比较合适的。4顶板梁裂缝控制的设计方法软件绘制平法施工图，修改钢筋的方法利用PKPM，平法施工图中双击钢筋来修改，直到全部裂缝满足，打印配筋图及裂缝图。这种方法适用于所有情况下的裂缝控制。统计法当工程的跨度比较均匀，典型的跨度荷载变化不大时，我们可以采用统计的方法加快设计的速度，例如在以下对主梁进行统计，弯矩设计图中标示如下：X方向有2个典型弯矩，Y方向也有2个典型弯矩，分别是边跨和中跨的代表值，我们必须在弯矩图中进行标示，并打印出来做为计算书的一部分；位置设计值标准值截面配筋裂缝824659500x90011，25 7/40.1911181945500x90014，25 7/70.2121182-1101881500x90014，25 7/70.194总结：对于采用统计法来控制裂缝的工程，计算书必须要提供平面标示图及裂缝控制计算表格，才能使计算书便于理解。三无梁楼盖1无梁楼盖柱帽尺寸的估算为了在设计前期配合建筑和设备专业定案及模型计算时输入一个基本合适的柱帽，我们先要按照初步的资料对柱帽大小进行估算，图籍给出了柱帽尺寸的估算范围，如下：第一种在荷载比较轻或者板比较厚时应用较多，第二、三种为荷载比较重的情况下使用，对于有覆土的地下车库顶板，我们常取第三种，或第三种的变形形式，如下图：对于柱子比较大，而且下托板可以做适当厚的情况下，最下面的斜托板可以取消，直接按上图做一块平托板，施工也比较简单，也是我们目前常用的柱帽形式，对于这种柱帽，存在a-a，b-b两个抗冲切破坏面，我们通过具体的示例来计算。荷载及情况统计以下举例是一个在小区场地不同处，对于标准跨距的柱帽统计，我们可以看到整个车库分为5个区，每个区的覆土厚度不相同，并且在1、2、4区消防车道有4m宽，也有7m宽，组成了很多种荷载组合，我们认为这些组合涵盖了整个车库90%以上的面积，因此统计是有意义的。柱帽的计算根据混凝土规范7.7.1-1公式，我们举例计算1、2、4区7m消防车处的ZM4柱帽大小计算支持：http:/www.结构计算.中国计算条件：混凝土种类:C30钢筋种类:HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)b1=600 mm h1=600 mm b2=3800 mm h2=3800 mm h=350 mm hh=550 mmq=71 kN/m2 N=5000 kN（71x8.4*8.4）Mx=0 kN*m My=0 kN*mas=30 kN/m2顶层Aa-a（1-1）冲切面的计算h0=h+hh-as =350+550-30 =870 mmat=h1+h0 =600+870 =1470 mmam=b1+h0 =600+870 =1470 mmFl=N-q*(h1+2*h0)*(b1+2*h0)=5000-71*(600+2*870)*(600+2*870)/1000000=4611.2324 kNum=(at+am)*2 =(1470+1470)*2 =5880 mm800Hh在1.0和0.9中内插;得h=.99长边与短边之比s=1.00s2 s=21=0.4+1.2/s =0.4+1.2/2 =1.002=0.5+40*h0/4/um =0.5+40*870/4/5880 =1.9812 =1=1.000.7*h*ft*um*h0=0.7*.99*1.43*1.00*5880*870/1000=5,069.51 kNFl0.7*h*ft*um*h0计算满足Bb-b（2-2）冲切面的计算h0=h-as =350-30 =320 mmat=h2+h0 =3800+320 =4120 mmam=b2+h0 =3800+320 =4120 mmFl=N-q*(h2+2*h0)*(b2+2*h0)=5000-71*(3800+2*320)*(3800+2*320)/1000000=3600.3344 kNum=(at+am)*2 =(4120+4120)*2 =16480 mm800Hh在1.0和0.9中内插;得h=.99长边与短边之比s=1.00s 2 =2=.690.7*h*ft*um*h0=0.7*.99*1.43*.69*16480*320/1000=3,606.00 kNFl0.7*h*ft*um*h0计算满足附加冲切钢筋，按规范公式，混凝土作用减小，不是很经济2无梁楼盖不平衡弯矩问题对于跨度变化较大，例如下图处，出现无梁楼盖不平衡弯矩问题，不平衡弯矩需要完全由柱帽和柱子来承受，造成柱子截面与配筋非常大。在查看柱顶内力标准值后，得到Mx=803+77=880 kn*m按照附录G计算将增加冲切力，例如在此位置，D+L得N=3612；1.2*803+1.4*77=1071计算过程如下：混凝土种类:C30钢筋种类:HRB400(20MnSiV、20MnSiNb、20MnTi)b1=600 mm h1=600 mm b2=3000 mmh2=3000 mm h=350 mm hh=500 mmq=71 kN/m2 N=3612 kN Mx=1071 kN*m My=0 kN*m as=30 kN/m2 顶层 计算1-1 截面h0=h+hh-as =350+500-30 =820 mmat=h1+h0 =600+820 =1420 mmam=b1+h0 =600+820 =1420 mmIcx=h0*at3/6+2*h0*am*(at/2)2=820*14203/6+2*820*1420*(1420/2)2=1565264106666.67 mm4Icy=h0*am3/6+2*h0*at*(am/2)2=820*14203/6+2*820*1420*(1420/2)2=1565264106666.67 mm4aox=1-1/1+2.0/3*(h1+h0)/(b1+h0)1/2=1-1/1+2.0/3*(600+820)/(600+820)1/2=.40aoy=1-1/1+2.0/3*(b1+h0)/(h1+h0)1/2=1-1/1+2.0/3*(600+820)/(600+820)1/2=.40egx=0;egy=0Fl=N-q*(h1+2*h0)*(b1+2*h0)=3612-71*(600+2*820)*(600+2*820)/1000000=3255.7504 kNMunb,x=Mx=1071 kN*mMunb,y=My=0 kN*max=at/2 =1420/2 =710 mmay=am/2 =1420/2 =710 mmunb,max=aox*Munb,x*ax/Icx+aoy*Munb,y*ay/Icy=.40*1071*1000000*710/1565264106666.67+.40*0*1000000*710/1565264106666.6=.1943 N/mm2um=(at+am)*2 =(1420+1420)*2 =5680 mmFl,eq=Fl+unb,max*um*h0=3255.7504+.1943*5680*820=4,160.72 kN800Hh在1.0和0.9中内插;得h=1.00长边与短边之比s=1.00s2 s=21=0.4+1.2/s =0.4+1.2/2 =1.002=0.5+40*h0/4/um =0.5+40*820/4/5680 =1.9412 =1=1.000.7*h*ft*um*h0=0.7*1.00*1.43*1.00*5680*820/1000=4,662.26 kNFl,eq0.7*h*ft*um*h0计算满足 计算2-2 截面略。3PKPM软件的使用(1)平板无梁楼盖计算可采用PKPM软件中的何种结构体系平板无梁楼盖属于板-柱结构，在SATWE总信息中 结构体系选择框架结构比板柱-剪力墙结构更接近板-柱结构假定。因为根据高规6.6.5规定板柱-抗震墙结构的抗震墙，应承担结构的全部地震作用，各层板柱部分应满足计算要求，并应能承担不少于各层全部地震作用的20%。而对于板-柱结构与框架结构主要抗侧力构件都为混凝土柱，显然应选择框架结构比较合适。(2)关于虚梁或等代梁SATWE说明书指出在采用SATWE软件进行板-柱结构分析时，由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的功能，可采用弹性楼板单元较真实地模拟楼板的刚度和变形，就不用将楼板简化为等代梁了，仅需布置100x100mm的矩形截面虚梁。在计算独立地下车库时，建虚梁或建等代梁不影响计算结果，但要注意，当计算的楼板层有水平力时，需要建等代梁，否则板带截面设计只能得到SlabCAD板带的竖向作用内力，详见说明书.2,无法考虑SATWE的水平荷载作用下的内力结果。(3)弹性楼板 弹性楼板6：程序真实地计算楼板平面内和平面外的刚度； 弹性楼板3：假定楼板平面内无限刚，程序仅真实地计算楼板平面外刚度。 弹性楼板6（弹性薄壳）趋于更真实的表述板壳，适用范围广；单建的地下室或上部建筑嵌固在顶板的地下室，是没有水平力也没有水平位移的，因此，在平面内没有拉伸、压缩，所以也可以选择弹性楼板3(弹性薄板)；因此在单建车库计算中用这两类弹性楼板方案，计算结果基本一致。注，弹性薄板：在受到垂直于板面的荷载作用后，薄板将产生弯曲。如果板的挠度与其厚度相比是比较小的，在分析薄板弯曲问题时有如下假定。a. 忽略板厚度方向的正应力，且薄板厚度没有变化；b. 薄板的法线产生弯曲后，仍保持为薄板弹性曲面法线；c. 薄板中面上的各点，没有平行于中面的位移；注，弹性薄壳：可以理解为用薄板单元组成的折板系统替代薄壳，由薄板的平面应力（或称薄膜内力）和弯曲应力状态组合得到薄壳的应力状态，即像薄膜一样受平面内的力，像薄板一样承受弯曲内力。(4)SlabCAD辅助设计方法楼板有限元分析部分适用于各种形状的复杂楼板，板带设计部分则主要适用于比较规则的适合划分板带的楼板，包含板柱结构的楼板、预应力楼板、转换层结构的厚板、人防地下室顶板、需考虑板面内拉伸和剪切作用的特殊结构等。A 使用SlabCAD的步骤在PMCAD中建虚梁（100x100）或者建等代梁（与图纸板带宽度及位置一致）;SATWE特殊构件定义中选弹性楼板6，计算；S