某生產(chǎn)樓局部折板樓蓋設(shè)計探討

齊 曲

(武漢地大建筑設(shè)計有限公司，湖北 武漢 430074)

1 工程概況

某工程生產(chǎn)樓為五層混凝土框架結(jié)構(gòu)，建筑高度19.5 m，平面尺寸22.4 m×21.6 m，柱距5.6 m，跨度7.2 m，共3跨；底層層高4.8 m，其余各層層高3.6 m；樓屋蓋采用梁板結(jié)構(gòu)體系，各層(除屋面外)因工藝需要設(shè)置漏槽，局部形成折形樓板，折板板跨為2 600 mm，凈高800 mm，其布置詳見圖1。

框架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件截面尺寸見表1。

表1 主要構(gòu)件截面尺寸一覽表

2 折形樓板的簡化假定

設(shè)計人員為便于計算，將折形樓板簡化為等厚度的平板代入模型，折形樓板與等厚度的平板之間的重量差作為附加均布樓面恒載施加于假定平板上，單板平面尺寸2.6 m×5.6 m，詳見圖2。

附加均布樓面恒載設(shè)計人員采用實際取值，比實際重量差略大。

本文按方案1平板假定和方案2實際局部折板樓蓋兩種不同的設(shè)計模型，基于MIDAS軟件，分別進(jìn)行有限元分析，并對兩者間整體分析結(jié)果以及梁柱受力大小情況進(jìn)行對比分析[1]。

3 計算分析

3.1 計算軟件、模型

本工程采用建筑結(jié)構(gòu)通用有限元分析與設(shè)計軟件MIDAS Gen，進(jìn)行多遇地震下的靜力計算分析[2]。

結(jié)構(gòu)分析模型由彈性梁單元與板單元構(gòu)成：梁和柱采用三維梁單元模擬，梁單元以鐵木辛柯梁理論為基礎(chǔ)，可考慮剪切變形的影響，具有拉、壓、剪、彎、扭的變形剛度；樓板使用了以Mindlin板為基礎(chǔ)的厚板理論的厚板單元。厚板單元的每個節(jié)點具有X軸，Y軸，Z軸方向的移動的線性位移自由度和繞X軸，Y軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)位移自由度，可以考慮平面外的彎曲剛度。

3.2 小震下結(jié)構(gòu)整體彈性分析結(jié)果

本工程抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度峰值為0.05g，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)計基準(zhǔn)期為50 a。

為更精確地反映樓板剛度對整體結(jié)構(gòu)的影響，樓板按實際剛度參與計算，不考慮剛性樓板假定。

整體計算結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，兩種方案的計算結(jié)果差異不大，各項中差異最明顯的Y向底部地震剪力，其差值也不超過4%。因此，對結(jié)構(gòu)整體而言，將折形樓板簡化為等厚度的平板代入計算，其結(jié)果從工程精度上來講是可以接受的。

表2 不同方案整體計算結(jié)果

3.3 柱受力分析結(jié)果

根據(jù)計算結(jié)果，不同方案各柱內(nèi)力值除軸力N外，彎矩M、剪力V以及扭矩T等其差值的絕對值或相對值均較微小，而且內(nèi)力圖的曲線形狀基本一致。

地震工況下，方案一底部軸力最大者為②-C柱，方案二底部軸力最大者為③-B柱；同時②-C柱也是各柱N值差異最大的，其差值絕對值為139 kN，相對值為6%(見表3)，其余各柱軸力雖有差異，但均不超過5%。

表3 ②-C柱、③-B底層柱柱底內(nèi)力表

3.4 梁受力分析結(jié)果

結(jié)構(gòu)Y向-平行于板跨方向的框架梁除不與折板相連的⑥軸外，其余各梁內(nèi)力值差異均較大，按平板假設(shè)計算的彎矩值要比按實際樓板情況計算的彎矩值小約10%～35%(見圖3)。

結(jié)構(gòu)X向-垂直于板跨方向框架梁，各梁梁端負(fù)彎矩相差不大，而跨中彎矩按平板假設(shè)計算的要比按實際樓板情況計算的彎矩值大(見圖4)。

結(jié)構(gòu)X向各次梁按平板假設(shè)計算的彎矩值要比按實際樓板情況計算的彎矩值大(見圖5)。

3.5 板受力分析結(jié)果

對樓板進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，根據(jù)各跨的尺寸，網(wǎng)格劃分尺寸取0.4 m×0.4 m，局部區(qū)域用三角形單元補(bǔ)足。按平板假設(shè)和實際樓板分別計算時，樓板內(nèi)力分布明顯不同。按平板假設(shè)計算時，各標(biāo)準(zhǔn)層樓板其內(nèi)力分布大致符合四邊受約束的多跨連續(xù)單向板的受力情況，對應(yīng)折板范圍內(nèi)的板跨中最大彎矩大致為3.1 kN·m/m～4.3 kN·m/m(見圖6)。

按實際樓板計算時，各標(biāo)準(zhǔn)層折板區(qū)域樓板內(nèi)力分布趨于均勻；與按平板計算相比，折板區(qū)域跨中最大彎矩明顯要小，板跨中最大彎矩大致為2.1 kN·m/m～2.3 kN·m/m，大致只有按平板計算的50%(見圖7)。

4 結(jié)語

1)按平板假定計算，結(jié)構(gòu)整體彈性分析結(jié)果從工程精度上來講是可以接受的。

2)按兩種模型計算的結(jié)果，各柱的內(nèi)力圖曲線形狀基本一致，彎矩M、剪力V以及扭矩T等差異均較小，軸力雖有差異，但差值一般不超過5%，對后續(xù)構(gòu)件配筋設(shè)計影響不大。

3)按平板假定計算，平行于板跨方向的Y向框架梁的彎矩值要小于實際折板計算值；垂直于板跨方向的X向框架梁的彎矩值，支座負(fù)彎矩差異不明顯，跨中彎矩要大于實際折板計算值；X向次梁的彎矩值大于按實際折板計算的彎矩值；兩種模型梁的內(nèi)力圖曲線形狀基本一致。

4)按兩種模型分別計算板的內(nèi)力分布明顯不同，按平板假設(shè)計算的板的彎矩要大于按實際折板計算的。

5)從上述計算結(jié)果，尤其是次梁和板的內(nèi)力分布可以看出：局部折板的存在使得原有常規(guī)設(shè)計采用的樓面荷載分配方法不再適用；采取簡化設(shè)計方法的同時，有必要根據(jù)有限元分析結(jié)果對梁板配筋復(fù)核。