钢筋混凝土空心楼盖与钢筋混凝土空心楼盖的对比研究

钢筋混凝土空心楼盖与钢筋混凝土空心楼盖的对比研究

内柱指令的现状混凝土结构高度小，重量轻，刚性高，施工方便，隔声隔热保温等优点。在不少学者对其进行研究的基础上,国家颁布了现浇空心楼盖技术规程。规程中柱支承现浇空心楼盖结构分析的直接设计法中给出的弯矩设计值分配系数和实心楼盖相应方法的分配系数一样。实际上由于空心的存在,空心楼盖的分配系数是有变化的。国内外相关学者对空心楼盖的弯矩设计值分配系数的研究相对较少,还没有提出新的分配系数。采用有限元软件对多跨柱支承筒芯内模现浇空心楼盖和对比实心楼盖进行有限元分析计算,并对结果进行分析和研究,提出柱支承筒芯内模现浇空心楼盖各区格柱上板带、跨中板带总弯矩占区格总弯矩比率的系数,柱上板带、跨中板带支座负弯矩、跨中正弯矩占跨中板带总弯矩比率的系数,并提出柱支承筒芯内模现浇空心楼盖计算分配系数,给出直接设计法的建议。1空心楼盖有限元模型采用的有限元分析模型均为21.6m×21.6m的柱支承现浇钢筋混凝土无梁楼盖,柱网尺寸为7200mm×7200mm,即沿Y、Z方向各有3个相同的区格,X为板厚方向,平面图见图1。柱截面尺寸均为600mm×600mm,空心楼盖板厚t=300mm,圆筒顺着Z向布置。由于对称性,有限元计算选取整个楼盖的1/4作为计算模型,见图2。运用ANSYS有限元计算分析软件,分别对柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖进行有限元计算。楼盖模型共有4种比较典型的区格:角区格、边区格、中区格,见图2。将空心楼盖各个典型区格和实心楼盖对应的计算结果列表对比,见表1和表2。由表1和表2可明显看出,尽管柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖模型的计算结果整体上比较接近,但局部是有一定差别的,并且有的地方差别比较大,说明空心楼盖和实心楼盖虽然内力分布整体上比较接近,但并不是完全一样,两者还是有比较明显的差别的。同时,从表中空心楼盖孔向弯矩和径向弯矩的计算结果不相等,可以看出空心楼盖各向异性的特征。从计算结果可知,采用和实心楼盖一样的弯矩分配系数是不准确的。2直接设计方法的提出2.1空心楼盖和跨中板带的支护弯矩的比率从ANSYS有限元分析结果可以看出,径向和孔向2个方向截面刚度的差异使得总弯矩在2个方向产生了重新分配,各个方向的弯矩可以通过乘以各个方向的折算系数得到。根据有限元计算结果,可得出各区格孔向、径向板带总弯矩占区格总弯矩的比率系数如表3所示;柱上板带和跨中板带的支座负弯矩、跨中正弯矩占板带总弯矩的比率系数,如表4和表5所示。从表3可以看出,对于角区格和边区格,空心楼盖无论是边跨柱上板带还是内跨柱上板带,其比率系数都比对比实心楼盖要大,但相差不大;而跨中板带的比率系数和实心楼盖相比有所减少,但减少的不多;对于中区格,空心楼盖柱上板带径向比率系数比实心楼盖对应的要大,而跨中板带比对应的要小,空心楼盖柱上板带径孔向比率系数比实心楼盖对应的要小,而跨中板带比对应的要大,不过相差值都较小。由表4和表5可以看出各区格空心楼盖径向板带支座负弯矩、跨中正弯矩的比率系数差异较大,而孔向差别很小均在5%以内。根据空心楼盖和实心楼盖的弯矩对比关系,参考ACI规范第13.6.3和13.6.4条,并考虑计算误差和板的塑性应力重分布,得出总弯矩M0在角区格各板带支座负弯矩、跨中正弯矩的分配系数表如表5所示。2.2计算发挥一个方向的发挥由于空心的存在,两向刚度的差异使得弯矩在2个方向产生了重新分配,根据上面计算的弯矩比较,可得出各个区格2个方向的折算系数,见表6所示。2.3总弯矩m0的设计值分配空心楼盖和实心楼盖板厚及跨度均相同,并且采用相同的单元和划分方式。根据空心楼盖和实心楼盖的各区格孔向、径向板带总弯矩占区格总弯矩的比率系数及对比关系,参考ACI规范直接设计法中计算实心楼盖的经验系数,按比例对应调整可得出总弯矩M0在各区格各控制截面上的弯矩设计值分配系数,如表7所示;根据空心楼盖和实心楼盖的各区格孔向、径向柱上板带和跨中板带的支座负弯矩、跨中正弯矩占板带总弯矩的比率系数和对比关系,按比例对应调整可得出总弯矩M0在各区格各板带支座负弯矩、跨中正弯矩的分配系数表,如表8所示。2.4qd、ln、qdb、l2e的连接进行直接设计法计算分析时,应按径向和孔向2个方向分别计算,并考虑全部竖向均布荷载的作用。计算板带为支座中心线两侧以区格板中心线为界的板带。计算板带在计算方向一跨内的总弯矩设计值M0应按下列公式计算M0=qdbl2n/8Μ0=qdbln2/8式中,qd为考虑结构重要性系数的板面竖向均布荷载基本组合的设计值;b为计算板带的宽度:当支座中心线两侧区格板的横向跨度不等时,应去相邻两跨横向跨度的平均值;对于计算板带的一边为楼盖边时,应取区格板中心线到楼盖边缘的距离;ln为计算方向区格板净跨,去相邻柱(柱帽或墙)侧面之间的距离,且不应小于0.65l1。根据前面分析,径向和孔向2个方向截面刚度的差异使得总弯矩在2个方向产生了重新分配,各个方向乘以各个方向的折算系数;然后每个方向分别乘以相应的分配系数得各板带各支座的截面控制弯矩,各系数可参考前述各表格。3计算结果对比分析运用ANSYS有限元计算分析软件,分别对柱支承筒芯内模现浇钢筋混凝土空心楼盖和对比实心楼盖进行有限元计算,将两者计算结果列表,并对2种楼盖的计算结果进行了对比分析和研究。提出了柱支