无梁楼盖结构设计及计算

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1、图 1 无 梁 楼 板 受 力 示 意 图跨 中 板 带边缘板带边缘板带l1l12l12l12l 22l 22l 22l 2(支座负弯矩)柱上板带(跨中正弯矩)(支座负弯矩)跨中板带(跨中正弯矩)(支座负弯矩)(支座负弯矩)图 2 无 梁 楼 板 板 带 划 分广 东 土 木 与 建 筑G U A N G D O N G A R C H I T E C T U R E C I V I L E N G I N E E R I N G2 0 0 7年 3 月第 3 期M A R 2 0 0 7N o . 31 引 言对 所 有 建 筑 物 来 讲 , 楼 盖 体 系 方 案 的 选 择 要 考虑

2、的 因 素 包 括 建 筑 空 间 功 能 所 要 求 的 开 间 大 小 、 活荷 载 的 大 小 、 规 划 设 计 所 限 定 的 建 筑 物 允 许 高 度 、 各层 使 用 要 求 的 最 小 净 高 、 需 要 对 结 构 整 体 刚 度 的 贡献 大 小 以 及 允 许 的 边 支 承 条 件 等 。 在 建 筑 物 高 度 或层 高 受 限 的 情 况 下 , 采 用 无 梁 楼 盖 是 增 加 楼 层 使 用空 间 高 度 的 最 有 效 方 法 , 同 时 也 能 满 足 隔 墙 灵 活 布置 的 要 求 , 因 而 该 楼 盖 结 构 广 泛 应 用 于 商 场 、 多

3、层 厂房 和 地 下 室 等 各 类 民 用 建 筑 中 。2 无 梁 楼 盖 结 构 体 系 受 力 特 点 及 计 算 方 法2 . 1 结 构 受 力 特 点对 于 支 承 在 方 形 柱 网 上 的 无 梁 楼 板 , 其 受 力 特征 表 现 为 板 的 整 体 抗 弯 将 在 两 个 正 交 方 向 同 时 和 同样 地 出 现 。 可 假 设 一 方 形 开 间 单 向 板 的 2 根 刚 度 很大 的 梁 从 结 构 中 取 走 , 只 剩 下 4 根 柱 子 来 支 承 此 板 ,此 时 板 自 身 就 不 得 不 顶 替 已 被 取 消 的 梁 的 作 用 。 因此 , 无

4、 梁 平 板 的 计 算 可 以 理 解 为 首 先 在 一 个 方 向 像仍 有 梁 支 承 的 单 向 板 那 样 传 递 全 部 荷 载 , 然 后 在 另一 正 交 方 向 再 完 全 相 同 地 传 递 一 次 全 部 荷 载 , 以 顶替 这 两 根 已 被 取 消 的 梁 。 从 概 念 设 计 上 这 样 理 解 板柱 体 系 的 整 体 分 析 是 完 全 可 行 的 , 如 图 1 所 示 。但 在 风 荷 载 和 地 震 作 用 下 , 无 梁 楼 体 系 的 受 力则 要 复 杂 得 多 , 因 而 该 结 构 体 系 一 般 应 用 于 非 抗 震设 计 的 多 层

5、建 筑 、 非 抗 震 设 计 的 高 层 建 筑 以 及 抗 震设 防 烈 度 8 度 以 下 的 建 筑 应 采 用 板 柱 - 剪 力 墙 结构 , 在 地 震 区 该 剪 力 墙 应 能 承 担 全 部 地 震 作 用 , 各层 板 柱 部 分 的 截 面 承 载 力 除 满 足 荷 载 效 应 基 本 组 合要 求 外 , 尚 应 能 承 担 不 少 于 各 层 全 部 地 震 作 用 的2 0 % , 即 板 柱 体 系 抗 震 性 能 较 差 , 主 要 用 于 承 受 竖 向荷 载 。2 . 2 不 同 计 算 方 法 的 分 析板 柱 结 构 在 垂 直 荷 载 作 用 下

6、的 内 力 及 位 移 计 算一 般 较 常 用 的 有 经 验 系 数 法 、 等 代 框 架 法 和 有 限 元 法 。 经 验 系 数 法这 是 最 简 单 的 计 算 方 法 之 一 , 可 以 不 借 助 任 何计 算 工 具 而 直 接 手 算 , 因 而 最 受 设 计 人 员 欢 迎 。 但 该法 只 适 用 于 规 则 结 构 , 否 则 会 出 现 较 大 误 差 。 分 析 无梁 楼 盖 内 力 时 应 符 合 下 列 条 件 : 活 荷 载 为 均 布 荷载 , 且 不 大 于 静 荷 载 的 3 倍 ; 每 个 方 向 至 少 应 有 3个 连 续 跨 ; 任 一 区

7、 格 内 的 长 、 短 边 之 比 不 应 大 于 1 .5 ; 同 一 方 向 上 的最 大 、 最 小 跨 度比 不 应 大 于 1 . 2 ;无 梁 楼 盖 结 构 设 计 及 计 算李 广 斌( 广 东 省 建 筑 设 计 研 究 院 广 州 5 1 0 0 1 0 )摘 要 : 无 梁 楼 盖 已 广 泛 应 用 于 商 场 、 多 层 厂 房 和 地 下 室 等 各 类 民 用 建 筑 , 本 文 分 析 其 受 力 机 理 , 并 对 两 种 常 用的 近 似 计 算 方 法 进 行 分 析 比 较 , 给 出 了 T A T 和 S A T W E 软 件 的 使 用 要 点

8、 , 对 结 构 设 计 人 员 有 一 定 的 参 考 意 义 。关 键 词 : 无 梁 楼 盖 结 构 ; 经 验 系 数 法 ; 等 代 框 架 法l12l1l2l22( 支 座 负 弯 矩 )( 支 座 负 弯 矩 )( 支 座 负 弯 矩 )跨 中 板 带( 跨 中 正 弯 矩 )柱 上 板 带( 跨 中 正 弯 矩 )柱 上 板 带( 跨 中 正 弯 矩 )( 支 座 负 弯 矩 )( 支 座 负 弯 矩 )( 支 座 负 弯 矩 )l22l22l12 l121 1表 1 弯 矩 分 配 系 数 和 弯 矩 分 配 值 计 算 结 果弯 矩 分 配 系 数 弯 矩 分 配 值 M0

9、柱 上 板 带 跨 中 板 带 柱 上 板 带 跨 中 板 带0 . 5 5 0 . 4 5 1 0 2 . 6 8 40 . 5 0 . 1 7 2 7 9 . 9 9 9 5 . 2 00 . 1 8 0 . 1 5 1 0 0 . 8 0 8 4 . 0 00 . 7 5 0 . 2 5 2 7 9 . 9 9 3 . 3计 算 方 法经 验 系 数 法等 代 框 架 法内 跨 截 面支 座 截 面 负 弯 矩跨 中 正 弯 矩支 座 截 面 负 弯 矩跨 中 正 弯 矩李 广 斌 : 无 梁 楼 盖 结 构 设 计 及 计 算 M A R 2 0 0 7 N o . 32 0 0 7

10、年 3 月 第 3 期 不 规 则 柱 网 和 柱 的 偏 离 值 不 应 大 于 跨 度 的 1 0 % 。按 经 验 系 数 法 分 析 无 梁 楼 盖 内 力 时 , 只 要 算 出两 个 方 向 板 的 总 弯 矩 M0 x和 M0 y, 再 乘 以 弯 矩 分 配 系数 , 即 柱 上 板 带 和 跨 中 板 带 的 支 座 截 面 负 弯 矩 分 别为 0 . 5 0 和 0 . 1 7 , 跨 中 正 弯 矩 分 别 为 0 . 1 8 和 0 . 1 5 , 就可 求 得 图 2 各 部 位 各 截 面 的 弯 矩 设 计 值 。 x 、 y 向 板的 总 弯 矩 设 计 值

11、分 别 为 :M0 x= q ly( lx- 2 C 3 )28 M0 y= q lx( ly- 2 C 3 )28值 得 注 意 的 是 , M0 x( M0 y) 相 当 于 简 支 梁 在 均 布 荷载 作 用 下 的 跨 中 弯 矩 。 等 代 框 架 法该 法 也 是 手 工 近 似 计 算 的 方 法 之 一 , 计 算 宽 度取 垂 直 于 计 算 跨 度 方 向 两 相 邻 区 格 的 中 心 间 距 , 计算 中 纵 横 两 方 向 均 应 承 担 全 部 荷 载 。 在 垂 直 荷 载 作用 下 , 板 柱 结 构 的 平 板 和 密 肋 板 可 采 用 等 代 框 架 法

12、计 算 其 内 力 : 等 代 框 架 的 计 算 宽 度 , 取 垂 直 于 计 算 跨 度 方向 的 两 个 相 邻 平 板 中 心 线 的 间 距 ; 有 柱 帽 的 等 代 框 架 梁 、 柱 的 线 刚 度 , 可 按 现行 规 范 G B J 1 3 0 - 9 0 钢 筋 混 凝 土 升 板 结 构 技 术 规 程 的 有 关 规 定 确 定 ; 计 算 中 纵 向 和 横 向 的 等 代 框 架 均 应 承 担 全部 作 用 荷 载 ; 计 算 中 宜 考 虑 活 荷 载 的 不 利 布 置 。按 等 代 框 架 计 算 垂 直 荷 载 作 用 下 板 的 弯 矩 , 当平 板

13、 与 密 肋 板 的 任 一 区 格 的 长 短 边 比 2 时 , 可 分 配给 柱 上 板 带 和 跨 中 板 带 支 座 负 弯 矩 分 别 为 7 5 % 和2 4 % , 跨 中 正 弯 矩 分 别 为 5 5 % 和 4 5 % ; 有 柱 帽 时 , 其支 座 负 弯 矩 应 取 刚 域 边 缘 处 的 值 , 除 边 支 座 弯 矩 和边 跨 中 弯 矩 外 , 分 配 到 各 板 带 上 的 弯 矩 均 应 乘 以 0 . 8的 系 数 。等 代 框 架 法 与 经 验 系 数 法 的 主 要 区 别 在 于 , 等代 框 架 法 先 分 别 算 出 等 代 框 架 的 支

14、座 弯 矩 和 跨 中 弯矩 , 再 按 上 述 系 数 分 配 到 柱 上 板 带 和 跨 中 板 带 。 无 梁 楼 盖 的 计 算 分 析无 梁 楼 盖 结 构 的 整 体 计 算 可 通 过 P K P M 软 件中 的 T A T 或 S A T W E 进 行 , 它 们 对 无 梁 楼 盖 在三 维 计 算 中 的 建 模 处 理 是 不 一 样 的 。 采 用 T A T软 件 计 算 无 梁 楼 盖 结 构 时 , 由 于 没 有 梁 和 柱 子相 连 , 通 常 必 须 按 照 规 范 规 定 将 板 简 化 为 双 向等 代 框 架 梁 进 行 计 算 , 因 此 在 用

15、 P M C A D 对 无梁 楼 盖 进 行 人 机 交 互 式 建 模 时 , 首 先 应 确 定 等代 框 架 梁 的 宽 、 高 , 再 布 置 所 定 义 的 等 代 框 架梁 。 在 采 用 S A T W E 软 件 进 行 分 析 时 , 由 于 S A T W E软 件 具 有 考 虑 楼 板 弹 性 变 形 的 功 能 , 可 采 用 弹 性 楼板 单 元 较 真 实 地 模 拟 楼 板 的 刚 度 和 计 算 变 形 。 尤 其是 目 前 的 版 本 中 增 加 了 一 种 能 真 实 计 算 楼 板 平 面 内和 平 面 外 的 刚 度 的 楼 板 假 定 即 弹 性

16、板 6 , 因 此 我 们就 不 用 将 楼 板 简 化 为 双 向 等 代 框 架 梁 体 系 了 , 而 是直 接 对 无 梁 楼 盖 体 系 进 行 三 维 分 析 计 算 。 但 我 们 还必 须 在 建 模 时 进 行 一 定 的 处 理 , 在 P M C A D 人 机 交互 式 输 入 时 , 在 以 前 需 输 入 等 代 框 架 梁 的 位 置 上 布置 截 面 1 0 0 1 0 0 的 虚 梁 ( 但 在 边 界 处 及 开 洞 处 最 好布 置 实 梁 ) , 其 目 的 一 是 S A T W E 软 件 在 接 力 P M C A D的 前 处 理 过 程 中 能 自 动 读 取 楼 板 的 外 边 界 信 息 ; 二是 为 了 辅 助 弹 性 楼 板 单 元 的 划 分 , 虚 梁 不 参 与 结 构整 体 分 析 , S A T W E 的 前 处 理 程 序 会 自 动 将 其 过 滤 。3 工 程 实 例某 工 程 位 于 广 东 省 珠 江 三 角 洲 某 市 , 为 一 大 型地 下 停 车