混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的板柱結(jié)構(gòu)形式分析

王邱鑫

摘要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)也開始偏向于多高層建筑結(jié)構(gòu)體系發(fā)展。因此，建筑設(shè)計(jì)中的板柱結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用于建筑工程中。本文針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的板柱體系的設(shè)計(jì)、SLAB程序關(guān)于柱上板帶寬度的取值兩方面進(jìn)行了一系列的探討，希望可以為設(shè)計(jì)者在進(jìn)行板柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；板柱結(jié)構(gòu)形式；使用高度

板柱結(jié)構(gòu)是由樓板和柱組成承重體系的房屋結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是室內(nèi)樓板下沒有梁、空間通暢簡(jiǎn)潔、平面布置靈活、能降低建筑物層高，適用于多層廠房、倉(cāng)庫(kù)，公共建筑的大廳，也可用于辦公樓和住宅等。板柱結(jié)構(gòu)一般以鋼筋混凝土材料為主。

1.板柱體系的設(shè)計(jì)

1.1板柱結(jié)構(gòu)的定義

板柱結(jié)構(gòu)的建筑是由樓（屋面）板、柱等構(gòu)件組成的、承受垂直及水平荷載的空間結(jié)構(gòu)體系。板柱結(jié)構(gòu)除具有框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)外，還有結(jié)構(gòu)高度小、頂棚平整、采光、通風(fēng)及衛(wèi)生條件好、模板及施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，采用升板法施工可節(jié)約大量模板。板柱結(jié)構(gòu)常用于醫(yī)藥、食品、冷庫(kù)、市場(chǎng)及醫(yī)院等建筑，預(yù)應(yīng)力板柱體系常用于住宅建筑中。

1.2板柱結(jié)構(gòu)體系計(jì)算原理

在進(jìn)行板柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)板柱的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并且需要運(yùn)用等代框架法進(jìn)行計(jì)算。也就是說，在采用PMCAD建模時(shí)，可以將樓板等代成寬扁的框架梁，然后在SATWE 軟件中進(jìn)行全過程的解析，通過此軟件求其在水平荷載作用下的內(nèi)力值。但如果只單獨(dú)進(jìn)行樓板模型運(yùn)算，此時(shí)便可以將板帶劃分成柱上板帶和跨中板帶兩部分來進(jìn)行運(yùn)算，并且運(yùn)用有限元的方法來計(jì)算豎向荷載的內(nèi)力值。接下來就是對(duì)板柱結(jié)構(gòu)配筋進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí)要把水平和豎向荷載進(jìn)行相互的組合，按照寬扁梁的方法進(jìn)行配筋。

1.3等代梁寬度的取值

依據(jù)《鋼筋混凝土升板技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定：在進(jìn)行建筑板柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照等代框架來計(jì)算內(nèi)力和位移。并且在側(cè)向力的作用下，可以沿著該方向來進(jìn)行等代框架梁的寬度計(jì)算，應(yīng)取較小值。在運(yùn)用PMCAD軟件進(jìn)行建筑板柱建模時(shí)，其等代梁的寬度可以按照《升板規(guī)范》的要求取值。同時(shí)也可以按照以下的辦法來進(jìn)行取值：等代梁兩側(cè)各取相鄰房間跨度的1/4相加；當(dāng)?shù)却簝啥朔块g不等跨時(shí)，等代梁需按偏心布置。這既可避免房間不等跨時(shí)寬度不好確定的問題，又可使按房間1/4跨度劃分出來的等代梁自重正好等于整個(gè)樓板的自重。

1.4板柱結(jié)構(gòu)的破壞

1.4.1未布置一定數(shù)量的抗震墻，因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墻，此種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)剛度又相對(duì)較弱，因此側(cè)向位移常較大。由于它延性差，抗彎和變形能力很弱，再加上 P-⊿效應(yīng)，在強(qiáng)震時(shí)造成嚴(yán)重破壞甚至倒塌是很可能的。

1.4.2在板柱節(jié)點(diǎn)處，樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內(nèi)未設(shè)置抗沖切的鋼筋，或設(shè)置得不恰當(dāng)，節(jié)點(diǎn)處不平衡彎矩對(duì)樓板造成的附加剪應(yīng)力未適當(dāng)考慮。柱周邊板的厚度不夠，使抗剪箍筋不易充分發(fā)揮作用，或柱子縱筋在節(jié)點(diǎn)處滑移。由于這些原因，在強(qiáng)震時(shí)使墻板產(chǎn)生沖切破壞，隨之樓板墜落，造成巨大損失。在采取相應(yīng)有效的措施之后，板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震性能將有很大的提高，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度也將提高。順便指出，“框架-核心筒結(jié)構(gòu)中帶有一部分僅承受豎向荷載的無梁樓板時(shí)，不作為板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)”。此種結(jié)構(gòu)可按框架、核心筒考慮，但應(yīng)考慮本文“設(shè)計(jì)建議”中的各條要求。

1.5板柱體系的樓板剛度分析和抗沖切性能研究

板柱體系中樓板是主要水平受力構(gòu)件，由于沒有梁的約束，剛度比普通框架結(jié)構(gòu)剛度小。實(shí)際工程中，樓板下?lián)线^大，容易導(dǎo)致建筑物室內(nèi)分隔墻產(chǎn)生裂縫，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視樓板剛度的驗(yàn)算，采用ANSYS有限元分析軟件，分別計(jì)算當(dāng)板的厚度變化時(shí)，板的撓度、第一主應(yīng)力、第三主應(yīng)力的分布情況，總結(jié)對(duì)板剛度影響的因素及其規(guī)律。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)具體情況，采取合理的構(gòu)造措施，避免由于措施不當(dāng)，導(dǎo)致施工困難。例如，施工現(xiàn)場(chǎng)就碰到，由于板柱節(jié)點(diǎn)配置了大量的抗沖切鋼筋，導(dǎo)致鋼筋綁扎困難，同時(shí)也影響混凝土的澆筑質(zhì)量。設(shè)計(jì)過程中，需要分別計(jì)算柱截面尺寸、板的厚度、混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化時(shí)，板的撓度、剪應(yīng)力、彎矩、板裂縫的最大值。在柱子集中反力或局部荷載作用下，當(dāng)混凝土板的沖切承載力不滿足設(shè)計(jì)要求且板厚度受到限制時(shí)，可采取各種配筋加強(qiáng)措施來增加板的沖切承載力，如采用配置箍筋、彎起鋼筋、錨栓或型鋼剪力架來承擔(dān)柱周圍沖切荷載。箍筋應(yīng)做成封閉式，并沿柱兩個(gè)軸向均勻配置。為了提高板的沖切承載力，板也可在局部加厚，采用柱帽和托板等形式。

2.SLAB程序關(guān)于柱上板帶寬度的取值

SLAB 程序按兩種方法劃分柱上板帶和跨中板帶。

2.1按PM中輸入的等代梁寬度與位置劃分板帶

如果在PMCAD中輸入了等代框架梁，則建議選擇此項(xiàng)。因?yàn)檩斎氲却蚣芰旱闹饕康氖菫榱擞?jì)算板的水平荷載引起的內(nèi)力。當(dāng)選擇此項(xiàng)后，程序能夠自動(dòng)將等代梁范圍內(nèi)的樓板在豎向荷載作用下內(nèi)力進(jìn)行積分，得到截面彎矩M2。M2與水平荷載作用下在相同截面產(chǎn)生彎矩值M1進(jìn)行組合，從而得到配筋面積。因此，該方法主要用于計(jì)算水平荷載時(shí)的情況。

2.2按升板規(guī)范自動(dòng)劃分板帶

如果采用PMCAD軟件進(jìn)行板柱結(jié)構(gòu)計(jì)算，但是在計(jì)算時(shí)，并沒有輸入等代梁而是輸入的虛梁，那么就建議選擇此項(xiàng)。這是因?yàn)槿绻谟?jì)算時(shí)，沒有輸入等代梁，那么該程序就不會(huì)計(jì)算水平荷載引起的內(nèi)力。而如果采用SLABCAD軟件盡心計(jì)算，就只計(jì)算由豎向荷載引起的內(nèi)力值，該方法主要用于不需計(jì)算地震力的地下室車庫(kù)頂板等情況。其主要優(yōu)點(diǎn)是在PMCAD中無需輸入等代梁，從而使建模大大簡(jiǎn)化。

2.3板柱-抗震墻的設(shè)計(jì)建議

水平荷載作用下，板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法相似，可按二者協(xié)同工作計(jì)算各自承擔(dān)的彎矩和剪力。和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)一樣，協(xié)同工作計(jì)算后，板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)也需對(duì)二者承擔(dān)的地震力進(jìn)行調(diào)整。由于板柱結(jié)構(gòu)比較柔，在板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻應(yīng)承擔(dān)全部水平地震作用，板柱結(jié)構(gòu)作為第二道防線，仍要求額外承擔(dān)20%的水平地震作用。板柱結(jié)構(gòu)應(yīng)布置足夠數(shù)量的抗震墻（包括核心筒），墻的位置宜避免偏心。在房屋周邊，應(yīng)布置邊梁，以形成周邊框架。如在周邊布置確有困難，則應(yīng)在其他部位布置一定數(shù)量的框架梁，使結(jié)構(gòu)形成板柱-框架、抗震墻的綜合體系，此種布置不屬于抗震規(guī)范中的板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)。抗震墻的厚度不應(yīng)小于180mm，且不應(yīng)小于層高的1/20；底部加強(qiáng)部位的抗震墻厚度不應(yīng)小于200mm，且不應(yīng)小于層高的1/16（可取層高和無肢墻長(zhǎng)度二者的較大值）。

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)中板柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用，因其施工簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)本身高度較小以及造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)代建筑的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn)。因此在實(shí)際工程實(shí)施中，要認(rèn)真研究板柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，并且嚴(yán)格按設(shè)計(jì)規(guī)范工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)在施工時(shí)，要加強(qiáng)板柱結(jié)構(gòu)的施工管理，以確保板柱結(jié)構(gòu)的安全使用。

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