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【结构学院】如何设计无梁楼盖?从选择建模方式说起

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文章作者:许圣洁 | 文章来源:PKPM构力科技 无梁楼盖因其本身楼层净空较高等一些优点,越来越受到甲方业主的青睐,尤其是地下车库设计中更是被广泛使用,本文针对规范中对于无梁楼盖相关要求以及常用的两种建模方式(等代框架梁、虚粱)进行了阐述,简要介绍了如何使用SLABCAD模块进行无梁楼盖的设计过程。 概述 无梁楼盖是由楼板、柱和柱帽组成的板柱结构体系,楼面荷载直接由板传给柱进而传给柱下基础。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。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。


文章作者:许圣洁 | 文章来源:PKPM构力科技


无梁楼盖因其本身楼层净空较高等一些优点,越来越受到甲方业主的青睐,尤其是地下车库设计中更是被广泛使用,本文针对规范中对于无梁楼盖相关要求以及常用的两种建模方式(等代框架梁、虚粱)进行了阐述,简要介绍了如何使用SLABCAD模块进行无梁楼盖的设计过程。


概述


无梁楼盖是由楼板、柱和柱帽组成的板柱结构体系,楼面荷载直接由板传给柱进而传给柱下基础。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。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,层数较少时可以依靠框架柱等竖向构件来抵抗水平荷载,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。


适用范围


作为一种特殊的结构形式,无量楼盖自然也有它的适用范围。无量楼盖结构,柱网尺寸宜接近方形,两个方向的跨度比不宜大于1.5,否则经济性较差;平板时跨度不宜大于7m,有柱帽时不宜大于9m;不宜采用不规则程度较大(非矩形)的柱网;


板厚不应小于150mm,荷载较大时板厚适当加厚。


另外,下列情况尽量不用无梁楼盖,用肋梁楼盖:


a)不规则柱网;


b)楼梯间、设备用房、汽车坡道;



c)长短跨比值大于1.5;

d)板上开大洞;


相关的规范条文


规范中对于无梁楼盖的规定很多,下面列出其中几处,供大家参考:


《高规》5.3.3对平板无梁楼盖,在计算中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。


《高规》8.1.9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。7度时宜采用有柱托板,8度时应采用有柱托板,此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和,托板总厚度尚不应小于柱纵向钢筋直径的16倍。当无柱托板且无梁板受冲切承载力不足时,可采用型钢剪力架(键),此时板的厚度并不应小于200mm。


《抗规》14.3.2地下建筑的顶板、底板和楼板,当采用板柱-抗震墙结构时,无柱帽的平板应在柱上板带中设构造暗梁,其构造要求与同类地面结构的相应构件相同。


《抗震》6.1.14 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,在地上结构相关范围内(不大于20m,地下一层侧向刚度大于地上一层的2倍)应采用现浇梁板结构。相关范围以外宜采用梁板结构(可以采用无梁楼盖)。


构造要求


1)混凝土强度等级不宜低于C30;


2)板厚不应小于150mm;


3)暗梁构造


a.抗震设计时无柱帽,应在柱上板带设置暗梁,抗震设计时有帽时以及非抗震设计时无柱帽,宜在柱上板带设暗梁。


b.暗梁支座上部纵向钢筋面积不小于柱上板带上部钢筋总截面面积的  50%,下部钢筋不宜小于上部钢筋的50%,纵向钢筋应全跨拉通;直径宜大于暗梁以外板钢筋直径,但不大于柱截面相应边长的1/20,间距不宜大于300mm。


c.暗梁箍筋的布置,构造配箍时,直径不应小于8mm,间距不宜大于3h0/4,肢距不宜大于2h0;计算配箍时,直径不应小于10mm,间距不宜大于h0/2,肢距不宜大于1.5h0。


常用的建模及计算方法


《高规》5.3.3 对平板无梁楼盖,在计算中应考虑板的平面外刚度影响,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。


1)虚粱方法:

如图1所示,在框架柱与柱之间,布置虚粱(100*100),以此方式形成封闭的房间,辅助形成楼板!

微信图片_20180604155646.png

图1

2)等代框架梁的方法:

如图2所示,该方法是把楼板等效为一定宽度的宽扁梁进行建模的方式;


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图2


两种建模方式的区别1)虚梁建模:因为在传统的SATWE模块中,楼板并未参与整体计算。所以该方法仅能考虑竖向荷载对无梁楼盖的影响,并不能考虑水平荷载参与后续的计算。


2)等代框架梁:用该法建模时,因为楼板是用宽扁梁模拟,因此SATWE中可以准确计算出水平荷载对其产生的作用,包括水平地震作用和风荷载作用。而且,程序可以把SATWE中计算得到的水平荷载工况传到SLABCAD中,与竖向荷载进行相应的组合。

2 两种建模方式的注意事项

1)用等代框架梁的方式建模时,不建议勾选:程序自动计算楼板自重选项;原因如图3:

微信图片_20180604155652.jpg

图3

图3中的1、2、3、4是指:柱上板带重叠的区域,a、b、c、d是指:一个房间内,布置板带后中间空出来的区域;因为a、b、c、d这些区域没有布置板带,似乎楼板的质量少算了一部分;但是1、2、3、4都会有重叠的质量计算。而1、2、3、4重叠区域的质量可能近似弥补a、b、c、d空出来的质量。即:布置完柱上板带后,宽扁梁的重量基本就是楼板的重量;这时,如果再勾选:程序自动计算楼板自重。就意味着:楼板的质量进行了重复计算,进而会导致后续计算竖向荷载,地震作用时,竖向荷载和地震力被放大,使得计算失真,造成不必要的浪费。所以,用等代框架梁的方式建模时,不建议勾选程序自动计算楼板自重。

2)用虚粱方法建模时,勾选或者不勾选:程序自动计算楼板自重,不会对计算结果产生影响。

3)《高规》5.3.3 中说到:对平板无梁楼盖,在计算中应考虑板的平面外刚度影响。所以如果用虚粱方法建模,那么要把楼板定义为弹性板6,来考虑面外作用;

4)等待梁的宽度取值,可参照图4(《高规》图8.2.4)

微信图片_20180604155654.jpg

应用SLABCAD进行楼板设计的大致过程


1)等代框架梁建模

如果想考虑地震作用等水平荷载作用的影响,那么推荐使用该方法建模,程序中的操作步骤如下:

a)用等代梁方式建模(不勾选:自动计算楼板自重);b)到SATWE的弹性板菜单下,把楼板设为弹性板6;c)运行SATWE,计算得到各个等代框架梁的地震力;d)进入SLABCAD模块,设置完基本的计算参数,并且勾选以下两个参数:

微信图片_20180604155657.png

e)板带生成、划分网格、生成数据、计算;f)查看计算结果。g)接力数据,绘制板施工图。

2)虚粱建模:

该方法不能考虑地震作用,所以不需要进行satwe计算,该方法比较简单,程序中的操作步骤如下:

a)用虚梁方式建模;b)进入slabcad模块,设置完基本的计算参数;c)板带生成、划分网格、生成数据、计算;d)查看计算结果;e)接力数据,绘制板施工图。


小结


本文介绍了无梁楼盖这一结构形式的优缺点、适用范围、规范中的要求。另外,也对目前常用的两种建模方式的特点、差异、注意事项,以及在SLABCAD中的实现楼板设计过程做了简要的说明。


参 考 文 献

[1] GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2] GB 50011-2010(2016年版)建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[3] GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.



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