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摘要:
随着社会经济的飞速发展,建筑领域地位的不断攀升,高层建筑成为了现代建筑的主体,高层建筑中结构中的楼板设计起着越来越重要的作用,经过多年的实践证明,楼板设计在受力特性、概念设计等方方面面都有一定的要求。本文主要结合了在工程设计的实践,针对高层建筑结构楼板设计中的平面和竖向布置要求,以及楼板的尺度、强度和配筋等的设计进行了分析说明。
关键词:高层建筑结构;钢筋混凝土楼板;设计方法
一.楼板的作用与受力特性分析
在建筑设计中,作为楼盖的组成部分之一的楼板,属于基本水平体系,这对高层建筑而言,在其防震的设计要求中的作用很重要,其中的受力也是非常复杂的。
(一)满足建筑的一些功能性要求
楼板在楼房建设中是不能减少的部分,它也是人们在房屋内活动的主要地方,既要承重、隔音隔振,还要防水火、防寒热等多功能。
(二)承受、传递水平和竖向荷载作用
楼板要承受来自墙面的压力(包括结构的自身重量、使用活载等),并将其传递给竖向支撑的柱子或支撑等。在楼盖中,将楼梁与柱子、墙等进行合理的位置搭配,形成了侧面受力结构,有了楼板的设计,可以加强梁的抗弯度,也增强了整体结构的抗侧能力。正因如此,在《高层建筑混凝土结构技术规程》中指出:通过对结构内力和位移的计算,以现浇的楼面中,对梁的刚度可以适量的增大,考虑翼缘的具体状况一般取1.3到2.0之间。对于水平的荷载作用中,楼板就像是一个水平的深梁,和楼面梁共同支撑着竖向的分体系,将各种负载力分配到各个竖向抗力结构上。
(三)各抗侧力结构共同作用,提高整体安全度
每个单独的竖向抗侧力结构并不能起到一定的作用,但是经过楼板将它们连成一个整体后,形成了竖向的抗力结构,这样就可以形成非常强的抗扭刚度,将整个结构都联合在一起协同工作。有一个好的楼板,就可以保证了平面突出的子结构的安全性;如果部分结构受到了破坏,楼板也能够进行拉挽,从而控制了破坏程度。
二.楼板结构的设计方法
对于楼板的结构设计,主要是针对于实现其各种功能,包括受力和变形性能的要求,依据它所需起到的作用,一般在设计中会侧重于以下三方面:
(一)楼板的“计算设计”
楼板的这一设计与多层建筑很相似,由于所要实现的功能不同,由于材料带来的受力也不同,所以要进行一些算法设计。
1.弹性算法
单向板和双向板的弯曲变形的方向有所不同,它们的简化计算进行假定相同:对于支座不能进行竖向位移,不过可以自由转动;计算中是依据弹性薄板理论对其内力进行的计算,而其中忽略的薄膜效应带来的误差。这种计算方法主要用于楼面板配筋的计算,对于形式没有要求。
2.塑性算法
据相关设计规定说明:不考虑不同板面的不同计算方法,对于结构的塑性性能,可以统一以塑性铰线作为基础,从而简化了计算,假定一切满足弹性计算;对于塑性铰假定对一个不变的弯矩有承受能力,同时可以在与此作用的相同方向产生移动;破坏机构出现时,整块板的组成部分就是许多刚性板与一些塑性铰。
这种算法比较适合超静定的连续板配筋计算;同时,在使用过程中不能出现裂缝,宽度也有所限制;如果含有强度较高的钢筋或混凝土材料,或者是冷轧带肋钢筋就基本上不会考虑它的塑性性能。
3.板配筋量的计算
在钢筋混凝土材料的楼板的极限承受能力内,可以选用以上任何一种计算方法,板配筋量也可以通过这种结构的基本原理得出。在具体工程的应用中,板配筋量的计算是有一定的程序的,一般使用PKPM系列的;对于产生的荷载作用效应值,则使用弹性算法。
(二)楼板的“概念设计”
1.对于楼板的平面布置,一般要求其规则性,同时,要最大限度的将其刚度和质量中心重合,这样可以增强楼板的抗扭力;对于楼板的竖向布置,一般要求具备一定的均与性,最大程度的使刚度顺着高度的方向有规律的变化,这样可以提升楼板的抗剪能力。
2.楼板的配筋和尺度宽度要求
楼板的刚度是由其长宽厚而形成,所以楼板的各个尺度受约其刚度,而强度一般由钢筋的配置决定。其中,楼板的宽度主要为了实现水平抗弯刚度的需求,其厚度决定了竖向抗弯刚度的需求,楼板的宽与厚既要够足,又不能太过。对于楼板强度的要求,主要是令其协调各种抗力构件共同工作,这对强度要求是很高的。而且对于一些特别的楼层,要加强其楼板的强度和刚度。
(三)楼板的“构造措施”
采取这样的措施,主要是为了保证前两种设计的正常实施。其中包括:板端的支座不同定义时,配筋也要满足不同的构造需求;另外,楼板道德边跨、跨中和第二支座也要保证一定的配筋量;对于一些薄弱部位要适当的增加其强度与刚度,也就是局部采取增加板厚或增加配筋等方法,对于一般的转换层,板厚不小于200毫米,如果是50米以下的建筑,顶层板厚也不能少于120毫米,对于起到嵌固作用的地下室,其板厚最好不少于180毫米。对于一些特殊的部位,应该加强其配筋,由于混凝土的收缩性比较强,还有一些其它误差的影响。像是厨房、卫生间等易渗透的屋子,最好使用双层双向拉通配筋,之间的距离不大于150毫米等等。
三.结束语
隨着当前高层建筑的普遍,高层建筑结构中楼板的设计也已经变得越发重要,一般对于楼板的设计认识是,楼板只用于承受竖向荷载的结构,但是对于当前建筑一般都是高层或者超高层的建筑,尤其是对于一些具有特殊环境的地区,楼板还要具备聚集、传递和分配水平荷载的能力,所以对于楼板的设计也就有了根本性的新变化,设计中要将本文介绍的三种概念相统一,主要以“概念设计”为主体,作为主要的线索,然后进行其它设计的展开。
参考文献:
[1]程文澳,康谷裕,颜德姬等.混凝土建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]GB50010~2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]PKPM工程部.高层建筑结构三维分析程序TAT用户手册[Z].北京:中国建筑科学研究院,2005.
[4]GB50011—2001,建筑抗震设计规范[S].北京;中国建筑工业出版社,2001.
[5]陈天虹,林英舜,王鹏狮.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术,2006,37(5):371—373.
随着社会经济的飞速发展,建筑领域地位的不断攀升,高层建筑成为了现代建筑的主体,高层建筑中结构中的楼板设计起着越来越重要的作用,经过多年的实践证明,楼板设计在受力特性、概念设计等方方面面都有一定的要求。本文主要结合了在工程设计的实践,针对高层建筑结构楼板设计中的平面和竖向布置要求,以及楼板的尺度、强度和配筋等的设计进行了分析说明。
关键词:高层建筑结构;钢筋混凝土楼板;设计方法
一.楼板的作用与受力特性分析
在建筑设计中,作为楼盖的组成部分之一的楼板,属于基本水平体系,这对高层建筑而言,在其防震的设计要求中的作用很重要,其中的受力也是非常复杂的。
(一)满足建筑的一些功能性要求
楼板在楼房建设中是不能减少的部分,它也是人们在房屋内活动的主要地方,既要承重、隔音隔振,还要防水火、防寒热等多功能。
(二)承受、传递水平和竖向荷载作用
楼板要承受来自墙面的压力(包括结构的自身重量、使用活载等),并将其传递给竖向支撑的柱子或支撑等。在楼盖中,将楼梁与柱子、墙等进行合理的位置搭配,形成了侧面受力结构,有了楼板的设计,可以加强梁的抗弯度,也增强了整体结构的抗侧能力。正因如此,在《高层建筑混凝土结构技术规程》中指出:通过对结构内力和位移的计算,以现浇的楼面中,对梁的刚度可以适量的增大,考虑翼缘的具体状况一般取1.3到2.0之间。对于水平的荷载作用中,楼板就像是一个水平的深梁,和楼面梁共同支撑着竖向的分体系,将各种负载力分配到各个竖向抗力结构上。
(三)各抗侧力结构共同作用,提高整体安全度
每个单独的竖向抗侧力结构并不能起到一定的作用,但是经过楼板将它们连成一个整体后,形成了竖向的抗力结构,这样就可以形成非常强的抗扭刚度,将整个结构都联合在一起协同工作。有一个好的楼板,就可以保证了平面突出的子结构的安全性;如果部分结构受到了破坏,楼板也能够进行拉挽,从而控制了破坏程度。
二.楼板结构的设计方法
对于楼板的结构设计,主要是针对于实现其各种功能,包括受力和变形性能的要求,依据它所需起到的作用,一般在设计中会侧重于以下三方面:
(一)楼板的“计算设计”
楼板的这一设计与多层建筑很相似,由于所要实现的功能不同,由于材料带来的受力也不同,所以要进行一些算法设计。
1.弹性算法
单向板和双向板的弯曲变形的方向有所不同,它们的简化计算进行假定相同:对于支座不能进行竖向位移,不过可以自由转动;计算中是依据弹性薄板理论对其内力进行的计算,而其中忽略的薄膜效应带来的误差。这种计算方法主要用于楼面板配筋的计算,对于形式没有要求。
2.塑性算法
据相关设计规定说明:不考虑不同板面的不同计算方法,对于结构的塑性性能,可以统一以塑性铰线作为基础,从而简化了计算,假定一切满足弹性计算;对于塑性铰假定对一个不变的弯矩有承受能力,同时可以在与此作用的相同方向产生移动;破坏机构出现时,整块板的组成部分就是许多刚性板与一些塑性铰。
这种算法比较适合超静定的连续板配筋计算;同时,在使用过程中不能出现裂缝,宽度也有所限制;如果含有强度较高的钢筋或混凝土材料,或者是冷轧带肋钢筋就基本上不会考虑它的塑性性能。
3.板配筋量的计算
在钢筋混凝土材料的楼板的极限承受能力内,可以选用以上任何一种计算方法,板配筋量也可以通过这种结构的基本原理得出。在具体工程的应用中,板配筋量的计算是有一定的程序的,一般使用PKPM系列的;对于产生的荷载作用效应值,则使用弹性算法。
(二)楼板的“概念设计”
1.对于楼板的平面布置,一般要求其规则性,同时,要最大限度的将其刚度和质量中心重合,这样可以增强楼板的抗扭力;对于楼板的竖向布置,一般要求具备一定的均与性,最大程度的使刚度顺着高度的方向有规律的变化,这样可以提升楼板的抗剪能力。
2.楼板的配筋和尺度宽度要求
楼板的刚度是由其长宽厚而形成,所以楼板的各个尺度受约其刚度,而强度一般由钢筋的配置决定。其中,楼板的宽度主要为了实现水平抗弯刚度的需求,其厚度决定了竖向抗弯刚度的需求,楼板的宽与厚既要够足,又不能太过。对于楼板强度的要求,主要是令其协调各种抗力构件共同工作,这对强度要求是很高的。而且对于一些特别的楼层,要加强其楼板的强度和刚度。
(三)楼板的“构造措施”
采取这样的措施,主要是为了保证前两种设计的正常实施。其中包括:板端的支座不同定义时,配筋也要满足不同的构造需求;另外,楼板道德边跨、跨中和第二支座也要保证一定的配筋量;对于一些薄弱部位要适当的增加其强度与刚度,也就是局部采取增加板厚或增加配筋等方法,对于一般的转换层,板厚不小于200毫米,如果是50米以下的建筑,顶层板厚也不能少于120毫米,对于起到嵌固作用的地下室,其板厚最好不少于180毫米。对于一些特殊的部位,应该加强其配筋,由于混凝土的收缩性比较强,还有一些其它误差的影响。像是厨房、卫生间等易渗透的屋子,最好使用双层双向拉通配筋,之间的距离不大于150毫米等等。
三.结束语
隨着当前高层建筑的普遍,高层建筑结构中楼板的设计也已经变得越发重要,一般对于楼板的设计认识是,楼板只用于承受竖向荷载的结构,但是对于当前建筑一般都是高层或者超高层的建筑,尤其是对于一些具有特殊环境的地区,楼板还要具备聚集、传递和分配水平荷载的能力,所以对于楼板的设计也就有了根本性的新变化,设计中要将本文介绍的三种概念相统一,主要以“概念设计”为主体,作为主要的线索,然后进行其它设计的展开。
参考文献:
[1]程文澳,康谷裕,颜德姬等.混凝土建筑结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]GB50010~2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]PKPM工程部.高层建筑结构三维分析程序TAT用户手册[Z].北京:中国建筑科学研究院,2005.
[4]GB50011—2001,建筑抗震设计规范[S].北京;中国建筑工业出版社,2001.
[5]陈天虹,林英舜,王鹏狮.超高层建筑中结构概念设计的几个问题[J].建筑技术,2006,37(5):371—373.