地下室頂板計(jì)算假定的選擇問(wèn)題分析

湯靜，袁沈峰 ，戴遠(yuǎn) ，梁濤濤

（1.揚(yáng)州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州225007；2.揚(yáng)州浩辰電力設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 揚(yáng)州225007）

1 引言

某地下室停車(chē)庫(kù)，1 層框架結(jié)構(gòu)。地下室頂板原設(shè)計(jì)覆土厚度為1.25m，允許活載為4.0kN/m2。圖1為地下室頂板局部平面布置圖。地下室頂板覆土施工結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)框架梁和頂板多處出現(xiàn)裂縫。經(jīng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)梁板截面尺寸、混凝土及鋼筋強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。地下室頂板覆土厚度基本符合設(shè)計(jì)要求，但局部種植樹(shù)木處覆土厚度實(shí)測(cè)為1.5m。

地下室梁、板和柱的混凝土強(qiáng)度均為C30。地下室頂板板厚h=250mm， 柱截面尺寸400mm×450mm。KL1 截面尺寸為300mm×500mm，KL2 截面尺寸為 300mm×650mm，KL3 截面尺寸為300mm×600mm。

圖1 地下室頂板局部平面布置圖

2 裂縫狀況

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，局部框架梁跨中下部出現(xiàn)多道豎向裂縫，裂縫寬度為2～3mm。梁支座與板交接處為45°斜向裂縫。圖2 為框架梁、板裂縫分布圖；圖3 展示了框架梁跨中裂縫形狀。頂板裂縫出現(xiàn)在板跨中下部。從裂縫出現(xiàn)的部位和形狀，初步判斷抗彎、抗剪承載力均不滿足要求。

圖2 框架梁、板裂縫分布圖

圖3 框架梁跨中裂縫形狀

3 計(jì)算參數(shù)

通過(guò)復(fù)核，地下室梁、板輸入荷載取值正確，計(jì)算模型截面尺寸正確。地下室頂板配筋計(jì)算采用彈性分析方法。梁柱配筋計(jì)算時(shí)，板單元采用彈性板6【1，2】計(jì)算假定。本文隨機(jī)挑選4 塊頂板和3 根框架梁，采用不同的計(jì)算假定和計(jì)算方法重新計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果判別，分析該工程梁、板開(kāi)裂原因。

4 地下室頂板分析

按地下室頂板覆土1.25m 彈性板、覆土厚度1.5m 彈性板、塑性板和有限元計(jì)算4 種情況，分別計(jì)算板B1～B4 的計(jì)算配筋值，結(jié)果見(jiàn)表1～表4。

表1 板B1 不同條件下計(jì)算配筋值比較

表2 板B2 不同條件下計(jì)算配筋值比較

表3 板B3 不同條件下計(jì)算配筋值比較

表4 板B4 不同條件下計(jì)算配筋值比較

從板B1～B4 計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)?shù)叵率翼敯甯餐梁穸葟?.25m 增加至1.5m，地下室頂板覆土荷載增加了20%，板計(jì)算配筋增加10%左右。采用塑性板計(jì)算，異形板B2、B3 計(jì)算結(jié)果基本相同。規(guī)則板B1、B4 支座配筋明顯減小，僅為原計(jì)算結(jié)果的43%～58%，跨中配筋與原計(jì)算結(jié)果相差不大。采用有限元計(jì)算方法，4 塊板的板支座、跨中配筋均明顯增大，支座負(fù)筋平均為原計(jì)算結(jié)果的122%，跨中配筋平均為原計(jì)算結(jié)果的180%。以上計(jì)算分析，均出現(xiàn)計(jì)算裂縫寬度不滿足GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》【3】中 3.4.5 條（環(huán)境類別為二a 類）限值要求。按1.25m 覆土厚度、彈性板計(jì)算，最大裂縫寬度0.41mm。塑性板計(jì)算，最大寬度0.44mm。有限元計(jì)算分析計(jì)算裂縫最大計(jì)算裂縫寬度0.30mm。經(jīng)檢查，原設(shè)計(jì)按彈性板計(jì)算，多處配筋和裂縫寬度不滿足計(jì)算和規(guī)范要求。

5 框架梁分析

表5 給出了不同覆土厚度梁縱向受拉鋼筋和抗剪箍筋計(jì)算值比較，表6 給出了不同計(jì)算條件下縱向受拉鋼筋計(jì)算值比較。地下室頂板覆土厚度從1.25m 增加至1.5m，梁縱筋、箍筋平均增加10%左右。采用彈性板3、彈性板6 2 種計(jì)算假定，計(jì)算結(jié)果相近，約為剛性假定計(jì)算值的60%。

表5 不同覆土厚度梁縱向受拉鋼筋和抗剪箍筋計(jì)算值比較

表6 不同計(jì)算條件下縱向受拉鋼筋計(jì)算值比較

采用彈性板3、彈性板6 假定計(jì)算，均因考慮樓板的作用，不同程度將荷載直接傳遞給了豎向構(gòu)件，導(dǎo)致梁彎矩、剪力大幅度減小。經(jīng)驗(yàn)算，3 種計(jì)算假定下，梁裂縫均超出規(guī)范限值，局部支座最大計(jì)算裂縫達(dá)0.64mm，局部梁跨中梁下計(jì)算裂縫達(dá)0.61mm。梁支座裂縫超限部位普遍多于梁跨中下部裂縫超限處。

6 研究結(jié)果

綜合以上計(jì)算結(jié)果分析，原設(shè)計(jì)梁柱配筋采用了彈性板6的計(jì)算假定，配筋滿足計(jì)算結(jié)果。頂板按彈性板計(jì)算，多處配筋不足。多處梁板計(jì)算裂縫超出規(guī)范要求。因局部頂板實(shí)際覆土厚度比原設(shè)計(jì)厚，加劇了裂縫出現(xiàn)的程度?，F(xiàn)場(chǎng)雖未對(duì)地下室頂板板面進(jìn)行勘測(cè)，但可以判定梁板亦存在裂縫現(xiàn)象。

本工程產(chǎn)生裂縫的根本原因，是結(jié)構(gòu)計(jì)算中采用了不恰當(dāng)?shù)挠?jì)算假定。結(jié)構(gòu)計(jì)算中，對(duì)樓面剛度假定分3 種：剛性板、彈性板3 和彈性板6。本工程設(shè)計(jì)采用彈性板計(jì)算頂板配筋，即以梁作為板的支承。梁計(jì)算時(shí)板則采用了彈性板6 的計(jì)算假定，將樓面的荷載傳遞給豎向構(gòu)件墻或柱，導(dǎo)致承擔(dān)相應(yīng)荷載小，梁配筋不足。因梁板剛度的協(xié)同作用，頂板配筋也不滿足要求。故本工程須從梁受彎、受剪、板受彎3 方面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際工期要求，結(jié)合施工便利，可僅對(duì)室內(nèi)部位進(jìn)行加固處理。

7 對(duì)地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的承載力和正常使用要求計(jì)算，控制變形和裂縫。設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分理解計(jì)算假定的原理和應(yīng)用范圍。地下室頂板可以采用梁板式，如梁下凈高受限制，局部梁可上翻，或做成寬扁梁。采用無(wú)梁樓蓋，應(yīng)考慮各種不利工況，充分考慮柱頂抗沖切要求。不建議做成介于梁板式與無(wú)梁式之間模糊不清的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化務(wù)必保證計(jì)算假定合理。當(dāng)采用彈性板6 的計(jì)算假定時(shí)，樓板應(yīng)采用有限元計(jì)算方法，不適合用彈性板或塑性板設(shè)計(jì)。

人防工程設(shè)計(jì)中考慮沖擊波等效荷載作用，一般可采用塑性計(jì)算，不考慮裂縫。有消防車(chē)運(yùn)行區(qū)域，可采用塑性計(jì)算，因消防車(chē)活載不是長(zhǎng)期作用荷載。地下室頂板、底板因防水要求高，建議采用彈性板計(jì)算配筋。無(wú)論哪種計(jì)算假定，都應(yīng)驗(yàn)算樓板的撓度和裂縫。

在設(shè)計(jì)圖紙中，應(yīng)對(duì)地下室頂板所能承擔(dān)的覆土厚度、施工荷載進(jìn)行明確要求，切實(shí)保證施工和使用階段的結(jié)構(gòu)安全。