不同結(jié)構(gòu)類型現(xiàn)澆空心板力學(xué)性能分析*

河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院 張志恒

現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)是一種新型的水平承重結(jié)構(gòu)體系，該結(jié)構(gòu)受力合理、抗震性能好、經(jīng)濟(jì)效益明顯，在工業(yè)與民用建筑中得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)澆空心板常見(jiàn)的有圓形孔洞、矩形空洞和雙向肋板等類型。本文，筆者依據(jù)板式樓蓋設(shè)計(jì)的受力島理論，采用STRAT軟件對(duì)上述3種不同類型的現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算分析，為該結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

一、模型建立

分別建立圓形孔洞、矩形孔洞和雙向肋板3種現(xiàn)澆空心板的結(jié)構(gòu)分析模型，單跨簡(jiǎn)支，柱網(wǎng)尺寸8 000 mm×8 000 mm，樓蓋厚300 mm，模殼自重0.6 kN/m2，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，混凝土容重取25 kN/m3，彈性模量取3×104N/mm2，縱筋采用HRB400 鋼筋，箍筋采用HPB300 鋼筋，恒載取1.5 kN/m2，活載取2 kN/m2，通過(guò)超元布置現(xiàn)澆空心板，網(wǎng)格剖分長(zhǎng)度為0.5 m。為便于對(duì)比分析，在上述建模計(jì)算參數(shù)一致的情況下，圓形孔洞和矩形孔洞采取相同空心率，矩形孔洞與雙向肋板采用同一肋寬。

二、計(jì)算結(jié)果

1.圓形孔洞。頂板厚40 mm，底板厚40 mm，孔洞直徑220 mm，孔洞間距275 mm，橫肋間距1 500 mm，橫肋寬度100 mm，空心率為38.13%。圓形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖1所示。

圖1 圓形孔洞變形及應(yīng)力分布

2.矩形孔洞。頂板厚50 mm，底板厚50 mm，橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm，箱形內(nèi)模底面尺寸為500 mm×500 mm，空心率為38.13%。矩形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖2所示。

3.雙向肋板。頂板厚50 mm，橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm，雙向肋板現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布如圖3所示。

三、計(jì)算結(jié)果分析

圖2 矩形孔洞現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布

圖3 雙向肋板現(xiàn)澆空心板變形及應(yīng)力分布

1.由于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板和雙向肋板現(xiàn)澆空心板為雙向?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，所以其變形、應(yīng)力等分布規(guī)律相似，橫肋方向和縱肋方向受力性能相同；圓形孔洞現(xiàn)澆空心板為單邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)，橫筒方向比順筒方向的變形和應(yīng)力大，中心區(qū)域應(yīng)力呈橢圓形分布。荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合作用下圓形孔洞現(xiàn)澆空心板最大變形為13.31 mm，最大應(yīng)力為39.12 kPa；矩形孔洞現(xiàn)澆空心板最大變形為21.83 mm，最大應(yīng)力為41.94 kPa；雙向肋板現(xiàn)澆空心板最大變形為17.09 mm，最大應(yīng)力為36.40 kPa。

2.從矩形孔洞與圓形孔洞計(jì)算結(jié)果可以看出，相同空心率下圓形孔洞現(xiàn)澆空心板變形小于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)，應(yīng)力變化不大。由于相同板厚及空心率情況下，兩種結(jié)構(gòu)形式混凝土用量一樣，而圓形孔洞混凝土多集中在樓板兩側(cè)，整體剛度較大，因此變形較小。圓形孔洞現(xiàn)澆空心板空心率受限較大，且為單向受力，矩形孔洞空心率可以更大，它具有明顯的雙向受力特征，并且可以通過(guò)改變橫肋、縱肋的寬度來(lái)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的剛度。

3.從矩形孔洞與雙向肋板計(jì)算結(jié)果可以看出，相同條件下，雙向肋板現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)于矩形孔洞現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆空心板底部受拉，而拉力主要由鋼筋承受，雙向肋板混凝土用量小，自重輕，進(jìn)而受力性能較好。矩形孔洞現(xiàn)澆空心板的優(yōu)勢(shì)在于可以形成天然平面，施工便捷，使用方便，無(wú)需吊頂。

四、結(jié)論

隨著人們對(duì)建筑使用功能的要求日益多樣化，建筑科學(xué)得以不斷發(fā)展，現(xiàn)澆空心板這一新型結(jié)構(gòu)體系也必然會(huì)貢獻(xiàn)出自己的一份力量。在實(shí)際工程中，力學(xué)性能僅僅是人們對(duì)建筑使用需求的一部分，還應(yīng)從功能適用，施工難易、工程造價(jià)等方面考慮，選取經(jīng)濟(jì)合理的現(xiàn)澆空心板結(jié)構(gòu)形式。