空腹樓蓋在工程實(shí)際應(yīng)用中的配筋分析

曹文澤

（貴州理工學(xué)院土木工程學(xué)院 ，貴州 貴陽(yáng) 550003）

0 引言

磷石膏膜殼空腹樓蓋采用石膏模盒，在樓蓋施工中作為填充內(nèi)模，施工結(jié)束后，石膏空腔模與混凝土層合成一體，形成現(xiàn)澆混凝土石膏空腔?？崭箻巧w[1]?？崭箻巧w因其良好的力學(xué)性能[2]、保溫性能和經(jīng)濟(jì)性能，在工程應(yīng)用中逐漸增多，把工業(yè)廢料磷石膏制成膜殼內(nèi)置于樓板內(nèi)還能進(jìn)一步利用工業(yè)廢料[3]，減少環(huán)境污染。目前空腹樓蓋在工程應(yīng)用中大多數(shù)是密肋式空腹樓蓋[4]，而更多性能更優(yōu)新型空腹形式樓蓋因設(shè)計(jì)者對(duì)其配筋方式不夠了解，在工程實(shí)際中應(yīng)用不夠廣泛。

文獻(xiàn)[5]以拓?fù)浞治鯷6]結(jié)果為基礎(chǔ)，提出了兩類施工便利、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、受力性能更好的新型空腹樓蓋形式。兩類空腹樓蓋的具體構(gòu)造及尺寸如圖1所示，兩類樓蓋的差異在于內(nèi)部剪力傳遞部分的布置形式不同。空腹板架式無(wú)梁樓蓋內(nèi)部剪力健分布均勻，能夠較好的協(xié)調(diào)空腹板的上下兩層面板，9區(qū)格式無(wú)梁樓蓋內(nèi)部肋梁布置連續(xù)，內(nèi)部形成較大的空腔，在施工上便于操作。

圖1 結(jié)構(gòu)平面圖

目前在工程實(shí)際應(yīng)用中，尚無(wú)專門針對(duì)空腹樓蓋配筋設(shè)計(jì)的軟件，部分軟件雖然含有空腹樓板的配筋設(shè)計(jì)功能，但該功能只局限于普通的密肋式空腹樓蓋。本文以圖1中兩類新型空腹樓蓋形式為例，具體分析非常規(guī)空腹樓蓋的實(shí)際應(yīng)用配筋方式。

1 原理介紹

樓板在豎向荷載作用下，截面上既有由彎矩引起的正應(yīng)力σ，又有剪切應(yīng)力τ，但一般情況下，剪切應(yīng)力對(duì)板的強(qiáng)度和變形為次要因素。非常規(guī)空腹樓蓋在設(shè)計(jì)配筋上可按照剛度等代原理等代為常規(guī)樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)。板樓板剛度等代原理可分為剪切剛度等代和抗彎剛度等代。樓蓋彎剛度的表達(dá)式為D=EI（E：材料彈性模量，I：截面慣性矩），故對(duì)于抗彎剛度等代只需要等代截面抗彎剛度相同即可。樓蓋剪切剛度表達(dá)式為C=GA（G：材料剪切模量，A：截面面積），故對(duì)于剪切剛度等代只需要面積相同即可。

2 等代計(jì)算

由于剪切應(yīng)力對(duì)于樓板強(qiáng)度和變現(xiàn)為次要因素，一般情況下樓板不會(huì)出現(xiàn)抗剪破壞，對(duì)于剪切應(yīng)力不滿足部位，可在板柱節(jié)點(diǎn)位置布置柱帽或在節(jié)點(diǎn)附近布置暗梁等形式以增加截面面積解決。而樓板設(shè)計(jì)主要是根據(jù)豎向荷載下的彎矩來(lái)計(jì)算配筋，對(duì)于空腹板架式無(wú)梁樓蓋，由于內(nèi)部肋梁分布規(guī)律，只需要取肋梁寬度樓板來(lái)進(jìn)行剛度等代計(jì)算如圖2-a所示。先求出空腹板的截面形心，對(duì)截面型心求矩，根據(jù)I1=I2即可求出等代實(shí)體板厚度H2。對(duì)于9區(qū)格式無(wú)梁樓蓋由于內(nèi)部梁分布無(wú)規(guī)律，剛度等代時(shí)只算入上下兩層板如圖2-b所示。先求出空腹板的截面形心，對(duì)截面型心求矩，根據(jù)I1=I2即可求出等代實(shí)體板厚度H2。

圖2 抗彎剛度等代示意圖

3 受力分析

計(jì)算得到樓板等代厚度后，即可把非常規(guī)空腹板當(dāng)成普通樓板在常規(guī)設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行建模分析。常規(guī)的設(shè)計(jì)軟件如SLABCAD等軟件都可進(jìn)行樓板內(nèi)力、配筋計(jì)算。本文以圖1所示樓板跨度為例，在軟件中建立模型，按實(shí)際設(shè)置材料屬性，并輸入樓板承受的恒、活荷載，在輸入恒載時(shí)要考慮因剛度等代造成的樓板厚度不同的影響。

軟件分析結(jié)束后，可以得到板的內(nèi)力分布以及樓板撓度情況。因空腹樓板的配筋不同于普通實(shí)體板，我們只能利用軟件分析出內(nèi)力，然后利用內(nèi)力人為進(jìn)行配筋。樓板受力后在跨中為正彎矩，底部受拉，支座附近為負(fù)彎矩，頂部受拉；故在分析時(shí)我們需要提取樓板面部與底部的彎矩。在應(yīng)用上通常樓板尺寸多為矩形，及在兩邊上尺寸不一，故對(duì)樓板的面部和底部彎矩需區(qū)分X向和Y向。本例中因樓板具有雙向?qū)ΨQ性，故截取了樓板1/4部分的力學(xué)分析結(jié)果如圖3所示。從分析結(jié)果可以看出板面負(fù)彎矩只有在支座附近才出現(xiàn)，板底正彎矩在跨中出現(xiàn)，這與樓板實(shí)際受力情況相符。

圖3 樓板彎矩（kN.m/m）

4 樓板配筋

通過(guò)分析，可得到的彎矩值即為空腹板在受力情況下的彎矩。知道彎矩即可利用混凝土配筋計(jì)算式對(duì)樓板進(jìn)行配筋計(jì)算，配筋時(shí)還需結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行配筋。兩類空腹樓蓋的配筋構(gòu)造如圖4所示?？崭拱寮苁綗o(wú)梁樓蓋內(nèi)部剪力健和小肋梁分布均勻，上層板的跨度不大只配置一層鋼筋；而9區(qū)格式無(wú)梁樓蓋上層板的跨度較大，在受力時(shí)區(qū)格中部會(huì)出現(xiàn)正彎矩，需配置兩層鋼筋。

圖4 配筋示意圖

5 結(jié)論

本文以空腹板架式無(wú)梁樓蓋和9區(qū)格式無(wú)梁樓蓋為例，討論了非常規(guī)空腹板配筋的方法及過(guò)程。非常規(guī)空腹板在工程應(yīng)用上還沒(méi)廣泛使用，對(duì)于其配筋還未有成熟的專用軟件來(lái)設(shè)計(jì)，只能用現(xiàn)有設(shè)計(jì)軟件和力學(xué)分析來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在配筋上還需空腹板內(nèi)部構(gòu)造來(lái)考慮配筋構(gòu)造。以上配筋方法在實(shí)際應(yīng)用上簡(jiǎn)單易行，可結(jié)合常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟進(jìn)行整體建模，既不影響結(jié)構(gòu)整體分析，又可對(duì)空腹板配筋進(jìn)行分析，可為空腹樓板設(shè)計(jì)配筋提供參考。