现浇溷凝土空心无梁楼盖板设计

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现浇混凝土空心无梁楼盖（板）设计哈尔滨工业大学建筑设计研究院刘景云2003年12月25日 一、概述　1．现浇混凝土空心宽梁楼盖（板）技术的应用是基于玻璃纤维薄璧高强混凝土空心管（BDF空心管）的发明，使相同厚度的混凝土实心板自重减轻30％～50％，它可取代常规的无粘结预应力混凝土平板结构，使施工难度大大降低，由于可以正常拆模不积压模板，不施加预应力，使楼板综合的经济性、结构的可靠性（耐火性、延性、耐久性等）大大高。　　2．现浇混凝土空心无梁楼盖（板）适用范围比较广泛，适用于各结构体系及各类建筑中，如：教学楼、商业楼、图书馆、展览馆、停车库、住宅、厂房、仓库等。二、设计技术措施1．基本规定1．1现浇混凝土空心无梁楼盖板柱结构体系仅适用于非抗震的多层建筑；非抗震设计的高层建筑以及抗震设防烈度不超过8度的建筑应采用板柱一剪力墙结构。在地震区，板柱一剪力墙结构的剪力墙应能承担全部地震作用，各层板柱部分的截面承载力除满足荷载效应基本组合要求外，尚应能承担不少于各层全部地震作用的20％。1．2为减小边跨跨中弯矩，增强边柱和角柱的抗冲切承载力，在建筑平面允许的条件下，宜将无梁楼板伸出边柱外侧，伸出长度（从板边缘至外柱中心）不宜大于伸出方向跨度的0．3倍。当楼板不能外伸时，应采用有边梁的平板结构体系，利用边梁受阻减少边柱和角柱节点内由于竖向荷载引起的弯矩与剪力。 l．3现浇空心无梁楼板的厚度除应满足抗冲切要求外，尚应满足刚度要求。当板长短边之比不大于2时，板厚可取1／25～l／35，L为短边长度。适宜跨度为6～15米。1．4现浇空心板无梁楼盖设计材料及其它要求。l）混凝土强度不低于C20。2）板的适宜空心率30%～50%。3）板的适宜配筋率为0．2％（45fa/fy）～1．2％4）空心管外皮距板土下表面距离为≥40mm。空心管外皮净距为≥50mm。空心管纵向间距为≥100mm。空心管长直径d≤150mm为1900mmd≥200mm为950mm2．设计原则2．1设计依据　建筑结构可靠度设计统一标准GB50068－2001　建筑结构荷载规范GB50009－2001　建筑结构抗震设计规范GB50011－2001　混凝土结构设计规范GB50010ˉ2002　钢筋混凝土升板结构技术规范GBJ130－9002．2配筋方式及内力分析 承受垂直荷载的无梁楼盖通常以纵横两个方向划分为柱上板带和跨中板带进行配筋，板带宽度取垂直于计算方向柱距的一半，其内力分析采用等代框架法。3．计算方法3．1采用等代框架法，所谓等代框架法，即将现浇空心板换算为等刚度的框架梁，形成等代框架或等代框架一剪力墙结构按杆系有限法进行计算分析，然后再将内力分析结果还原为板内力及配筋。3．2等待框架梁截面确定，高度即为板厚，宽度如下：b1L4b2b1＝L1＋L2）ξ1/2L3b1＝（L3＋L4）ξ2/2L2L1ξ1ξ2为截面刚度换算系数，此系数与布管（空心截面形式）相关。3．3内力分析采用三维空间分析软件，如TAT,SATWE，TBSA等。3．4柱上板带和跨中板带弯矩分配比例（％）如下表： 截面位置柱上板带跨中板带内跨：支座截面负弯矩　跨中正弯矩75552545端跨：第一个内支座截面负弯矩跨中正弯矩　　边支座截面负弯矩755590254510注：在总弯矩量不变的条件下，必要时允许将柱上板带负弯矩的10％分配给跨中板带。4．配筋构造4．1沿纵横柱轴线在板内设置暗梁，暗梁宽度可取与柱宽度相同或柱宽加上柱宽度以外各l．5倍板厚，暗梁配筋应符合下列规定（见下图）AAs≥As/2As≤h/3柱≥2.5ha2h0hA--AA 1）暗梁上、下纵向钢筋应分别取柱上板带上、下钢筋总截面面积的50％，且下部钢筋不宜小于上部钢筋的1/2。纵向钢筋应全跨拉通，其直径宜大于暗梁以外钢筋的直径，但不大于柱截面相应边长的1/20，间距不宜大于200mm。2）暗梁的箍筋，在构造上至少应配置四肢箍，直径不应小于8mm，从柱边缘向外不小于2．5h的范围内，箍筋间距不应大于h／3，其余范围内箍筋间距不应大于300mm。4．2板配筋平行管方向布置在管间的肋范围内且设置焊接钢筋网片，垂直管方向均匀配置。负弯矩钢筋长度为0．3L，当相邻跨长度不同时以长跨为依据。板面两个方向底筋应置于暗梁底筋之上。边、角区格内板的边支座负筋应满足在边梁内的抗扭锚固长度。抗震设计时，除按计算外，跨中区格内的板面配筋率（按板折算厚度计）不宜小于0．1％及Φ8＠200。5．节点设计5．1为增强板柱节点的抗冲切承载力，可采用下列方法：l）将板柱节点区域板厚局部加高或加柱帽。2）在不满足冲切要求的范围内设抗冲切钢筋。3）也可采用互相垂直并通过柱子截面的型钢焊接而成的型钢剪力架。5．2板柱节点在垂直荷载、水平荷载作用下的受冲切承载力计算、应考虑板柱节点冲切破坏临界截面上偏心剪应力传递的不平衡弯矩。其集中反力设计值，应以等效集中反力设计值代替。等效集中反力设计值可按《混搬土结构设计规范》附录G的规定计算。 5．3板柱节点，抗冲动承载能力验算按《混凝土结构设计规范》GB50010－2002第7．7条执行。三、实验研究大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，对现浇混凝土空心板进行了力学性试验分析，同时也采用大型有限元结构软件ANSYS进行计算分析。1．研究目的l．1通过试验和计算确定该混凝土空心板的纵向刚度和横向刚度比，以便在楼板设计中采用该结构时提供科学的依据。1．2对该混凝土空心板的计算分析的验证提供必要的试验数据。1．3确定该混凝土空心板的实际承载能力。2．试验构件尺寸为6300×6300×200，空心管按单向布置，平行管方向肋宽为50，垂直管方向不设肋，翎筋按单向布置。3．实验方法试验用仪器UCAM－10A通用数据采集器（日本共和电业）YHD-100型电子位移计采用混凝土方砖人工加载，按5种不同工况（即支承方式不同、加荷方式不同）4．通过上述实验分析，结论如下：4．l在目前排管的方式前提下，现浇混凝土空心板在板承载力的设计中，可以按双向折算刚度配置双向受力钢筋。 4．2板的荷载处理上按双向板的传递方式可以保证安全，考虑板的折算刚度的方向差异，在主要受力方向适当加大板受力钢筋是可取。4．3在设计计算中采用虚拟粱的方法是可行的。