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现浇混凝土空心楼板计算方法的研究与分析

2023-06-14 来源:伴沃教育
维普资讯 http://www.cqvip.com 第38卷第3期 西 安 建 筑 科技 大 学 学 报(自然科学版) Vo1.38 No.3 2006年6月 J.Xi’8n Univ.of Arch.&Tech.(Natural Science Edition) Jun.2006 现浇混凝土空心楼板计算方法的研究与分析 简 政 ,赵良华 ,许跃湘。 (1.西安理工大学水利水电学院,陕西西安710048;2.郑州市建筑设计院,河南郑州450052; 3.中国建筑西北设计院,陕西西安710003) 摘要:现浇混凝土空心楼板随着建筑结构的发展得到广泛采用.目前现浇混凝土空心楼板尚缺乏有效的设 计计算方法,针对这一现状,根据刚度、面积等效的原则,考虑空心管管端肋对空心板刚度的贡献,提出了将现 浇混凝土空心板转化为等效实心板的计算方法.利用该方法对典型现浇混凝土空心板进行分析计算,并与传 统的空心板计算方法及有限元方法进行对比分析,表明等效实心楼板的计算方法是可行的. 关键词:现浇空心板;四边简支;刚度;挠度 中图分类号:TU225 文献标识码:A 文章编号:1006-7930(2006)03—0339—06 在我国工业与民用建筑结构中,传统楼盖普遍采用现浇梁板结构或密肋楼盖结构体系,由于该结构 在跨度以及梁高方面的限制,往往使房屋的开间及净空间受到限制,随着人们对建筑功能要求的提高, 传统楼盖已不能满足人们的需求.现浇空心楼板以其刚度大,强度高,建筑自重轻,建筑设计简单明快, 建筑功能灵活多样等诸多优点,近年来得到广泛应用;它是在现浇楼盖混凝土之前按设计要求埋置混凝 土薄壁筒体构件而形成的一种空心板结构体系n].作为一种新型结构,其计算理论和方法并不成熟,有 必要进一步研究. (d) 图1 空心板的模型简化 Fig.1 The Laconic model of the hollow floor 在以往的设计中常常将圆形空心板简化为长、宽都等于圆孑L直径的方形空心板,如图1中模型(b) 所示;或者按面积、惯性矩相等简化为图1中的模型(c),然后按“工”字型计算.但模型(b)增加了板的空 心率,过于保守;而模型(c)在计算时也未考虑空心板管端肋刚度的影响;可能造成一定的计算误差,而 且计算时还需判断其属于何种类型的T形截面,必然增加了计算步骤.针对以上问题提出:采用刚度、 收稿日期:2005—08—02 作者筒介:简政(1961一),男,陕西蒲城人,教授,博士,主要从事结构应力分析. 维普资讯 http://www.cqvip.com 340 西安建筑科技大学学报(自然科学版) 第38卷 面积等效的方法,同时考虑空心板管端肋对板刚度的影响,用等效厚度的实心板计算现浇空心楼板,如 图1(d)所示.这不仅能够简化计算方法,而且能够提高计算精度. 1 现浇空心楼板管端肋刚度的影响 按照传统的设计原理,在钢筋混凝土受弯构件中,对正截面而言,可以把受拉区混凝土除去一部分, 形成“T”型或“工”字型截面构件.基于这种原理,在现浇楼板中放置薄壁管,形成孔洞,这样顺板孔方向 简化为“一”型,垂直板孔的方向简化为“工”字型截面. 目前在现浇空心楼板的应用中,板的布置仍沿板的一个方向形成孔洞,对于双向受力的现浇空心 板,按上述方法计算,由于没有考虑管端肋对板刚度的贡献,板在两个方向上的刚度出现了一定的差异. 实质上现浇空心板是一种双向受力的正交异性板,如果考虑管端肋部分的刚度,则板在两个方向上的单 位刚度相等,因此可将空心楼板按一定的原则直接简化为实心楼板进行设计;从而可以解决人为等刚度 的弊端,使截面抗弯特性得以充分发挥. 2 等效实心楼板的理论推导 2.1模型的简化 根据面积相等和惯性矩相等的原则,把图1中的(a)简化为(c)的矩形模型,折算宽度为b。,高度为 h。,且折算后形心位置不变_2]. 由: =bl Xhl, 一 ^ 可 - 一 2.2刚度的计算 2.2.1计算公式 如图2所示,刚度计算如下: ×( 一 )× 3/12 b b 一 一 ’..L一口,i + i 。 曲一 E × 一E z ^。/12 0i—b1/bf 届一(bf—b1)/bf 。..Jy一 曲+届i 。 届一(bf--b1)/bf 2.2.2计算公式中符号说明 上述公式中:E 为混凝土弹性模量;d为空心管直径;6r为两空心管圆心距;b 为空心管长;b 为两 空心管的管端距;z 、 分别为空心板X和y方向的跨度 为X轴方向含空心截面刚度加权系数; 为X轴方向实心截面刚度加权系数I口J为y轴方向含空心截面刚度加权系数; 为y轴方向实心截面 刚度加权系数;i 为X轴空心截面刚度;i 为X轴实心截面刚度;L为X轴加权截面刚度i vh为y轴空 心截面刚度;i 为y轴空心截面刚度;J 为y轴加权截面刚度. 2.3结论及参数确定 由上式刚度计算可得,X方向的单位刚度为: J 一1 1 E [(6I+6 )6fh。一b。6Ih{]/[(6I+6 ) ] (1) y方向的单位刚度为:J 一 1 E [(6I+6 )6fh。--b。6Ih3]/[(6I+6 )6f] (2) 由式(1)、(2)知:在考虑管端肋部分对板刚度贡献之后,便可实现空心板在两个方向上单位刚度相等,即 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 简政等:现浇混凝土空心楼板计算方法的研究与分析 341 J =J ;因此可以将空心楼板等效 为实心楼板进行计算. 在计算自重荷载时,以b 宽的板 带为计算单元,按面积相等的原则进 行代换,则计算自重荷载时的折算厚 度H。 可按下式计算: 1 H。1一(6fh一÷7‘± c )/bf 结构计算时,空心板折算厚度 H。 的确定仍以bt宽的板带为计算单 元,按截面惯性矩相等的原则进行代 图2 截面两个方向的刚度计算简图 换,则结构计算时的折算厚度可按下 Fig.2 The Rigidity calculation sketch in tWO sectional directions 式计算: Hoz一3 ̄/h3_b'hl S 3 算列分析 3.1 两方向跨度相等的空心板 现有高层商住混凝土空心楼板,跨度为10 m×10 m,设计活荷载q一2.5 kN/m ,混凝土强度等级 为C25.板厚h一320 mm,中间放置 一220 mm薄壁管,管长b 一1 000 mm,管轴距 一270 mm,肋宽 50 mm,管端肋b 一250 mm,按四边简支计算E-。 ]. (1)按图1中的简化模型(c)计算 a、弯矩计算 板面设计荷载:q1—1.2×5.37+1.4×2.5—9.95 kN/m 由跨度相等,查规范得X、y方向弯矩系数均为:0.044 2 双向板跨中最大正弯矩:M 一0.0442×9.95×10 一43.98 kN・m/m 由于 bfhf(^。--hf/2)一13.5×270×50(300—5O/2)=50 kN・m>Mlm 所以在垂直于布管方向按宽度为270 mm的工字形截面进行配筋,弯矩按 Mx=43.98×0.27—11.87 kN・m As1—0.8×M / r。H0—11.87×0.8×10 /(210×0.95×300):158.66 mm 则每米宽钢筋面积为158.66×1 000/270—588 mm ;配筋率为: P1—490/(1 000×300)一0.2 >户 =0.15 平行于布管方向按宽度为1250 mm的工字形截面进行配筋: M 一43.98×1.25=54.98 kN・m,A 2—0.8×My/ r。H0—734 mm 则单位宽度内配筋为:734×1 000/1 250—588 mm b、挠度计算 X方向的短期刚度为:J =6.5×10 。mm q2—5.37+2.5—7.87 kN/m 查得挠度系数:0.004 06 X方向挠度为:f 一0.004 06×q ×L /ix一4.9 mm y方向的短期刚度为:J 一6.18×10 。mm ,Y方向挠度为: 一5.2 mm (2)按图1中的等效厚度实心板(d)计算 计算重力荷载时折算实心板的厚度为: 维普资讯 http://www.cqvip.com 342 西安建筑科技大学学报(自然科学版) 第38卷 Ho,一(6f^一丢7cd )/bf一(270X 320—0.25X 3.14X 220 )/270—179 mm 进行受力分析时的折算厚度: H02一 ==301 mm 口 一1.2×5.37+1.4×2.5—9.95 kN/m 两方向弯矩:My—M 一43.98 kN・m A ,一43.98×0.8×10。/(0.95×210×(301—20))一629 mm 配筋率为:P1—629/(1 000×300)一0.21% X、y方向的刚度为: 一 一6.9×10”mm 标准荷载:q2—5.37+2.5—7.87 kN/m 两方向的挠度为: 一 一0.00 406×q2×Lx / x一4.6 mm (3)有限元模型[5 分析 有限元模型如图3(a)所示,为了保证分析的合理性,在实体模型(a)中,板与管的尺寸及管间距与 实例中的所有尺寸一致.用有限元软件ANSYS对(a)进行分析,得到板的挠度为图3中的(b)所示: (a)The FEM Model (b)The Flexibiry distributing sketch map 图3 有限元模型分析图 Fig.3 The FEM model analysis graph 由上例跨度相等的空心板计算可以看出:等效实心板计算所得挠度为 一fy一4.6 mm;有限元分 析所得挠度为fm 一4.166 mm,两者相差9.4 .而按传统“工,,字型计算得到的挠度与有限元所得挠度 相差15%一19.9 . 3.2两方向跨度不相等的空心板 设空心楼板的跨度为6 m×12 m,设计活荷载q=4.5 kN/m ,混凝土强度等级为C25.板厚h一250 mm,中间放置d一150 mm薄壁管,管长b 一1 200 mm,管轴距bf一200 mm,肋宽50 mm,管端肋b 一 240 mm,按四边简支计算 ]. (1)按图1中的等效厚度实心板(d)计算 计算重力荷载时折算实心板的厚度为: 1 H 】一(6fh一÷7cd )/b 一(200×250—0.25×3.14×150 )/200=162 mm 进行受力分析时的折算厚度: H02一 ==240 mm X、Y方向的刚度为:Iy—Ix一3.0×10 。mm ,标准荷载:qz一4.86+4.5—9.36 kN/m . 两方向的挠度为: 一厂y一0.010 13×q2×Lx / x一4.1 mm (2)有限元模型分析 有限元模型和挠度分布分别如图4中(a)、(b)所示: 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 简政等:现浇混凝土空心楼板计算方法的研究与分析 343 由上例跨度不等的空心板计算可以看出:等效实心板计算所得挠度为 = =4.1 mm;有限元分 析所得挠度为 一3.72 mm,两者相差9.2 . __一—————— * 一一—一 。】 霞 I (a)The FEMmodel (b)The flexibility distributing sketch map 图4 有限元模型分析图 Fig.4 The FEM model analysis graph 4 结 论 由上述两例的计算、分析可以看出:在考虑管端肋对空心板整体刚度贡献的情况下,将现浇空心楼 板按等效实心楼板进行计算是合理的.从跨度相等的空心板三种计算的结果可以看出:从宏观上进行体 系计算时,将现浇混凝土空心楼板按折算厚度的实心楼板进行计算时,无论是配筋值还是挠度值都与按 图1中的简化模型(c)计算所得的数值接近.两种计算所得的挠度值与用有限元分析所得的挠度值相 比,按等效实心楼板计算得到的挠度值更接近有限元分析的结果,这是因为按等效实心楼板计算时,考 虑了管端肋对空心板刚度的贡献,因此更符合实际情况,计算精度更高.按传统的“工”字型计算时,X、y 两个方向的刚度与挠度略有偏差,是由于空心管沿同一方向布置,且忽略了管端肋对板刚度贡献的缘 故;而按等效实心楼板计算,克服了以上缺点. 参考文献References [1] 倪江波,马克俭,张华刚.现浇轻质填芯钢筋混凝土板柱结构试验研究[J].建筑结构学报,2003,24(2):70—75. 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(编辑 白茂瑞) (下转第414页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 414 西安建筑科技大学学报(自然科学版) 第38卷 The comparison of the torsional behaviors of box--section with solid-。section reinforced concrete members subjected to biaxial eccentric compression,shear and reversed torque LIANG Lin ,LJUJi—ruing。,SHI Wei ,BAI Gu ̄liang。,SHI Qing—xuan。 (1.School of Civil Engineering,Qingdao Technological University,Qingdao 266033,China; 2.School of Aviation,Xi’an Jiaotong Univ.,Xi’an 710049,China; 3.School of Civil Eng.,Xi’an Univ.of Arch.&Tech.,Xi’an 710055,China) Abstract:By tests on the boxing—section and solid—section RC members under the same biaxial eccentric compression,shear and reversed torque experimental condition,the failure modes,hysteretic properties and the ability of energy dissipation of the two type members are analyzed and compared.The influences of the relative eccentricity and axial compressive ratio on seismic performance of the two type members are also analyzed.It has been found that the torsion strength of the box- section members is lower than that of the solid-section members;the influences of the relative eccentricity and axial com— pressive ratio on two types members are approximately the same;and the hysteretic property of the box-section members under reversed torque is lower than that of the solid-section members.The results,can be applied to the further analysis of torsion performance of the box-section members and the calculation of the torsion strength of RC members under com— pound torque. Keyw0nk:reinforced concrete boxing-section lnember;combinedtorsin;hysotereticproperties;abilityof energydissipatin oBiography:LIANG Lin,Candidate for Master,Qingdao 266033,P.R.China,Tel:0086—532—85073409,E-mail:dreamerlele@163.corn . (上接第343页) Study 0n the calculation method of cast-in-situ concrete hollow floor J IAN Zheng ,ZHAo Liang—hua2,XU Yue-xiang3 (1.Xi’an University of Techonology,Institute of Water Resources and Hydro-Electric Engineering, Xi’an 710048,China;2.Zhengzhou Architectural Design Institute,Zhengzhou 450052,China; 3.China Northwest Building Design Research Institute,Xi’an 71000 China) Abstract:With the development of architecture technology,the cast—in-situ concrete hollow floor has been widely adopted, and presently,there is still the lack of available design and calculation method for the cast—in-situ concrete hollow floor,in accordance with the equivalence principle in stiffness.Considering the contribution of pipe end rib to the stiffness of hollow floor,the paper advances the calculation method where the cast—in-situ concrete hollow floor is transformed into floor in e— quivalence,and furthermore,the method is used to analyze and calculate the typical cast-in-situ concrete hollow floor,in comparison with traditional calculation method and FEM for hollow floor.The calculation method is proved viable. Key words:cast-in—situ concrete hollow floor;freely supported floor;stiffness;flexibility Biography:J1AN Zheng,Professor.Ph.D.,Xi’an 710048,P.R.China,Tel:0086—29—82313388,E-mail:j Jan016@xaut.edu.cn 

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