現(xiàn)澆盒狀內(nèi)模空心樓蓋的直接設(shè)計(jì)法

摘要：為研究直接設(shè)計(jì)法對盒狀內(nèi)模空心樓蓋的適用性，以典型的四角柱支撐盒狀內(nèi)模空心樓蓋為分析對象，在校核分析模型后，用ABAQUS軟件完成了224個(gè)算例分析。考察了具有相同參數(shù)的空心樓蓋和對照實(shí)心樓蓋的截面彎矩分布的異同，進(jìn)而分析了空心率、板格邊比、柱跨比、梁板相對抗彎剛度比和邊梁抗扭剛度比等5個(gè)因數(shù)對空心樓蓋彎矩分布的影響，得到了內(nèi)板格和端板格各彎矩控制截面的一次彎矩分配系數(shù)以及各控制截面內(nèi)柱上板帶板、跨中板帶和柱上板帶梁的二次彎矩分配系數(shù)，并與規(guī)范建議的直接設(shè)計(jì)法系數(shù)做了對比。分析結(jié)果表明：空心樓蓋與實(shí)心樓蓋在邊計(jì)算單元和中計(jì)算單元間以及各計(jì)算單元內(nèi)的彎矩分布規(guī)律類似，差異主要體現(xiàn)在跨中正彎矩的分配上；當(dāng)板格邊比不大于1以及柱跨比不大于0.2時(shí)，柱（或柱帽）的尺寸效應(yīng)對截面彎矩一次分配的影響可以忽略；規(guī)范中直接設(shè)計(jì)法的分配系數(shù)與計(jì)算值在部分截面有較大差距，需對柱上板帶負(fù)彎矩、柱上板帶正彎矩、柱上板帶梁的彎矩分配做相應(yīng)調(diào)整。根據(jù)分析結(jié)果，文章最終提出了直接設(shè)計(jì)法一次彎矩分配系數(shù)表和二次彎矩分配系數(shù)表供研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：空心樓蓋；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；ABAQUS；系數(shù)

中圖分類號(hào)：

TU375.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16744764（2014）01004408

空心樓蓋由于其結(jié)構(gòu)高度小、自重輕、剛度大、整體性好和適用于大跨度建筑等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到廣泛應(yīng)用。特別地，盒狀內(nèi)模空心樓蓋由于其剛度在兩跨度方向分布均勻、布模靈活和對異型邊板適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，較筒體、筒芯內(nèi)模空心樓蓋得到更多青睞，這也激發(fā)了許多研究者對盒狀內(nèi)模進(jìn)行研究，提出了不同材料和形式的盒狀內(nèi)模。雖然這些內(nèi)模形式略有差異，但其空心樓蓋在豎向荷載下力的傳遞途徑和變形方式基本相同[14]。

根據(jù)國家頒布的現(xiàn)澆空心樓蓋技術(shù)規(guī)程[5]，對于規(guī)則布置的柱支撐現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中常采用擬板法、擬梁法、直接設(shè)計(jì)法和等代框架法，在滿足限制條件[5]的情況下采用直接設(shè)計(jì)法尤為方便快捷。直接設(shè)計(jì)法包含3個(gè)基本步驟：1）確定總的靜力彎矩；2）把總靜力彎矩分配到負(fù)彎矩和正彎矩截面（一次分配）；3）把負(fù)彎矩和正彎矩分別分配到柱上板帶板、柱上板帶梁和跨中板帶（二次分配）。直接設(shè)計(jì)法和等代框架法的第3步驟是完全一樣的，規(guī)程中的直接設(shè)計(jì)法完全沿用了ACI 318規(guī)范中實(shí)心樓蓋的分配系數(shù)。但由于空心的存在，使樓板截面剛度發(fā)生了改變，隨著空心率的增加，這種剛度的不均勻性越發(fā)明顯，能否直接使用實(shí)心板的分配系數(shù)、各截面彎矩分配比例是否有較大變化，國內(nèi)外學(xué)者對這些問題研究較少。周玉等[6]通過有限元數(shù)值模擬討論了實(shí)心寬扁梁樓蓋在豎向荷載下的彎矩分配系數(shù)；Ibrahim等[7]通過數(shù)值模擬討論了密肋樓蓋在開洞和不開洞時(shí)直接設(shè)計(jì)法的彎矩分配系數(shù)；袁俊杰[8]結(jié)合一個(gè)實(shí)際工程對筒芯內(nèi)模空心樓蓋進(jìn)行了擬梁法和直接設(shè)計(jì)法的算例對比；郭楠等[9]分析了實(shí)心板在豎向荷載作用下的彎矩分布規(guī)律；劉文珽等[10]對比了中外規(guī)范關(guān)于實(shí)心板柱結(jié)構(gòu)在垂直荷載作用下設(shè)計(jì)方法的異同，同時(shí)對比了直接設(shè)計(jì)法的彎矩分配系數(shù)與有限元計(jì)算結(jié)果；李海濤等[1112]分別對一個(gè)具體的柱支承筒芯內(nèi)模現(xiàn)澆鋼筋混凝土空心樓蓋和對照實(shí)心樓蓋進(jìn)行了有限元計(jì)算，對直接設(shè)計(jì)法提出建議。

已有對直接設(shè)計(jì)法適用性的研究，均未針對盒狀內(nèi)模空心樓蓋，并且完成的算例分析數(shù)量有限，對空心樓蓋各參數(shù)的分析也還不完善。結(jié)構(gòu)的彈性內(nèi)力分析方法可用于正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)作用效應(yīng)的分析，現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)在承載能力極限狀態(tài)下的內(nèi)力設(shè)計(jì)值也是按線彈性分析方法確定的[5]，基于這樣的原因，本文所有算例與已有研究一樣采用彈性分析。針對上述情況，本文利用大型有限元分析軟件ABAQUS，在完成分析模型的精度校核后，編制了python腳本程序[13]，進(jìn)行了224個(gè)算例的自動(dòng)建模及彈性分析，考察了具有相同參數(shù)的實(shí)心樓蓋和空心樓蓋的截面彎矩分布的異同，進(jìn)而分析了空心率（ρ）、板格邊比（l2/l1）、柱跨比（c/l）、梁板相對抗彎剛度比（μ1=EcbIbl2/EcsIsl1[5]）和邊梁抗扭剛度比（βt=EcbIt/25EcsIs[5]）等5個(gè)因數(shù)對空心樓蓋彎矩分布的影響，得到了內(nèi)板格和端板格各彎矩控制截面的一次彎矩分配系數(shù)以及各控制截面內(nèi)柱上板帶板、跨中板帶和柱上板帶梁的二次彎矩分配系數(shù)，并與規(guī)范建議的直接設(shè)計(jì)法系數(shù)做了對比，給出了相關(guān)建議。

黃川騰，等：現(xiàn)澆盒狀內(nèi)模空心樓蓋的直接設(shè)計(jì)法

1樓蓋參數(shù)及模型驗(yàn)證

通過確定以下幾何參數(shù)即可確定空心樓蓋的布置：計(jì)算跨度（l1、l2，下標(biāo)1表示計(jì)算方向，2表示從屬方向，下同）、柱子寬度（wc1、wc2）、內(nèi)梁寬度（wib1、wib2）、內(nèi)梁高度（hib1、hib2）、邊梁寬度（web1、web2）、邊梁高度（heb1、heb2）、實(shí)心區(qū)域?qū)挾龋╳s1、ws2）、內(nèi)模邊長（lb）、內(nèi)模高度（hb）、內(nèi)模間肋寬（wb1、wb2）和頂?shù)装搴穸龋╰s）。通過各參數(shù)的組合，可以得到具有不同空心率的空心樓蓋。本文以縱橫向均為3跨的空心板-柱結(jié)構(gòu)為例，考慮對稱性，取整體的1/4為研究對象，樓蓋平面布置情況、控制截面及各參數(shù)，見圖1。算例分析時(shí)，以中柱兩側(cè)各1/2柱距范圍為中計(jì)算單元，以板邊到邊柱另一側(cè)1/2柱距范圍為邊計(jì)算單元，計(jì)算單元?jiǎng)澐帧鍘澐趾蛷澗乜刂平孛嫖恢肹14]參見圖1。