某超高層結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下樓板應(yīng)力分析

陳林

摘要： 對(duì)于超高層大板結(jié)構(gòu)，樓板不僅要承受豎向荷載和傳遞水平荷載，且還要協(xié)調(diào)各抗側(cè)力構(gòu)件之間的變形。通過YJK軟件，采用彈性板6單元進(jìn)行樓板應(yīng)力分析，水平荷載下產(chǎn)生的樓板應(yīng)力與豎向荷載下的應(yīng)力進(jìn)行對(duì)比分析，可知水平荷載產(chǎn)生的面外彎矩和面內(nèi)應(yīng)力不可忽視，給出了應(yīng)力分布云圖和各工況應(yīng)力對(duì)比圖表。通過樓板承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式，計(jì)算樓板配筋并給出相應(yīng)樓板構(gòu)造措施，為以后的工程提供一定的參考。

Abstract： For super high-rise slab structures， the slab not only bears vertical loads and transmits horizontal loads， but also coordinates the deformation between the anti-lateral forces. Through YJK software， the stress analysis of the floor slab is performed using the elastic plate 6 units. The stress between the floor stress generated under horizontal load and the stress under vertical load is compared and analyzed. It can be seen that the out-of-plane bending moment and in-plane stress produced by the horizontal load cannot be ignored. The stress distribution cloud diagram and the stress comparison chart for each working condition are given. Through the floor slab bearing capacity to simplified calculation formula， the floor reinforcement is calculated and the corresponding floor structure measures are given， to provide a certain reference for future projects.

關(guān)鍵詞： 彈性板6；面外彎矩； 面內(nèi)應(yīng)力； 對(duì)比分析

Key words： elastic plate 6；out-of-plane bending moment；in-plane stress；comparative analysis

中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）20-0151-02

1 工程概況

本工程位于深圳市南山區(qū)蛇口，為商業(yè)、住宅及辦公為一體的綜合體，該項(xiàng)目四層全埋地下室，一層半地下室，三層裙房及五棟超高層塔樓，總建筑面積約23.1萬m2。本文取A棟塔樓樓板進(jìn)行分析，本塔樓主要用途為辦公和公寓，框架核心筒結(jié)構(gòu)，地下4 層，地上43 層，嵌固端在全埋地下室頂板，高度為189.9m，主樓柱網(wǎng)尺寸為7.3m 及6.7m。由于本樓要滿足多種建筑功能的需要，且樓層荷載大的特點(diǎn)，所以結(jié)構(gòu)外框柱與鋼筋混凝土核心筒之間在X方向（短向）僅有四條框架梁相連，其余位置外框柱與內(nèi)筒之間采用200mm現(xiàn)澆混凝土板連接。此結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)中樓板的作用更為重要。

2 樓板設(shè)計(jì)中所面臨的問題

對(duì)于高層結(jié)構(gòu)而言，樓板內(nèi)除了有面內(nèi)的軸向正應(yīng)力與剪應(yīng)力外，還有面外的彎曲正應(yīng)力。而目前樓板設(shè)計(jì)大多還采用的常規(guī)計(jì)算軟件，只考慮豎向荷載的作用，而水平荷載作用下的樓板面內(nèi)應(yīng)力與面外正應(yīng)力并未考慮。如本樓的結(jié)構(gòu)形式采用此種方法，則會(huì)丟失水平荷載作用下的應(yīng)力，出現(xiàn)安全隱患。對(duì)于豎向荷載作用下，指導(dǎo)樓板配筋的應(yīng)力主要是面外的彎曲正應(yīng)力，其他應(yīng)力對(duì)于工程設(shè)計(jì)來說可以忽略不計(jì)；對(duì)于水平荷載作用下，樓板應(yīng)力應(yīng)由面外的彎曲正應(yīng)力（如圖1）和面內(nèi)的軸向應(yīng)力（如圖2）共同組成。則指導(dǎo)樓板受彎配筋（板底）的應(yīng)力應(yīng)由豎向荷載的面外正應(yīng)力和水平荷載的面外正應(yīng)力疊加；樓板的受拉配筋（支座處）的應(yīng)力主要是水平荷載的面內(nèi)軸向應(yīng)力。

3 本工程的樓板應(yīng)力分析

本文采用YJK軟件，采用彈性板6單元進(jìn)行模擬，板單元網(wǎng)格尺寸為1m。挑選建筑16層（樓板砼等級(jí)C35）為模型分析樓層，取6個(gè)點(diǎn)分析樓板頂面及底面的應(yīng)力，平面位置如圖3所示。軟件進(jìn)行樓板應(yīng)力計(jì)算，得出各工況下板頂與板底的應(yīng)力值，并根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ3-2010第3.11.3條公式，計(jì)算不同荷載工況及荷載組合下各點(diǎn)的應(yīng)力，得到彈性狀態(tài)下樓板的最大應(yīng)力值，結(jié)果見表1～表2。

由表1可以看出，以A點(diǎn)為例，風(fēng)載作用下樓板的應(yīng)力（頂面Sigxx）為恒荷載作用下樓板的應(yīng)力（頂面Sigxx）的69.3%；風(fēng)荷載作用下樓板的應(yīng)力（頂面Sigxx）為地震作用下樓板應(yīng)力的2.1倍。因此水平荷載作用下本工程的樓板應(yīng)力不可忽視，風(fēng)荷載的影響更為顯著。

豎向荷載及水平荷載（地震）作用下的X向典型樓板應(yīng)力云圖見圖4～圖5，Y向樓板應(yīng)力云圖未示出。

以上云圖中樓板在與剪力墻、柱相接位置及角部位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力值較大，此時(shí)混凝土應(yīng)力重分布之后，應(yīng)力便會(huì)下降，故此應(yīng)力集中位置無需根據(jù)較大應(yīng)力值計(jì)算配筋，但需在此影響范圍內(nèi)加強(qiáng)配筋，使結(jié)構(gòu)在小震作用下樓板保持彈性。本工程樓板應(yīng)力由小震控制，故按小震組合結(jié)果進(jìn)行樓板設(shè)計(jì)；且復(fù)核中震下樓板的拉應(yīng)力與剪應(yīng)力，中震作用下樓板的拉應(yīng)力均小于樓板的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值ftk=2.20MPa（C35）；剪應(yīng)力小于0.15fck=3.51MPa（C35），使樓板在中震下不產(chǎn)生裂縫或有效地控制裂縫寬度。

4 樓板承載力計(jì)算

由表1～2中樓板的最大計(jì)算應(yīng)力值，采用簡(jiǎn)化計(jì)算公式（1）、（2）進(jìn)行彈性承載力簡(jiǎn)化計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋，且需滿足樓板最小配筋率要求。

4.1 軸力引起的單側(cè)配筋

5 結(jié)論

①?gòu)膽?yīng)力分布來看，水平荷載作用下的樓板應(yīng)力不可忽視，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮面內(nèi)軸向應(yīng)力，用于控制樓板可能發(fā)生的受拉破壞；②對(duì)于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，彎曲正應(yīng)力應(yīng)由豎向荷載的面外正應(yīng)力和水平荷載的面外正應(yīng)力疊加，不能僅考慮豎向荷載作用下的面外正應(yīng)力；③在應(yīng)力集中位置無需根據(jù)較大應(yīng)力值計(jì)算配筋，但需在此應(yīng)力集中范圍布置加強(qiáng)配筋，使結(jié)構(gòu)在小震作用下樓板保持彈性，中震作用下裂縫寬度得以有效控制；④通過樓板承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式計(jì)算得到樓板的計(jì)算配筋，且需滿足樓板最小配筋率要求；⑤本工程在無框架梁相交的框架柱處設(shè)置與框架柱同寬且與樓板同厚的暗梁來保證水平荷載的傳遞和協(xié)調(diào)抗側(cè)力構(gòu)件的變形，暗梁配筋考慮樓層水平荷載后計(jì)算得出。

參考文獻(xiàn)：

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