混凝土結構設計中的板柱結構形式分析

王邱鑫

摘要：隨著我國國民經濟的迅速發展，我國建筑結構也開始偏向于多高層建筑結構體系發展。因此，建筑設計中的板柱結構被廣泛的應用于建筑工程中。本文針對混凝土結構設計中的板柱體系的設計、SLAB程序關于柱上板帶寬度的取值兩方面進行了一系列的探討，希望可以為設計者在進行板柱結構設計時提供參考。

關鍵詞：混凝土結構設計；板柱結構形式；使用高度

板柱結構是由樓板和柱組成承重體系的房屋結構。它的特點是室內樓板下沒有梁、空間通暢簡潔、平面布置靈活、能降低建筑物層高，適用于多層廠房、倉庫，公共建筑的大廳，也可用于辦公樓和住宅等。板柱結構一般以鋼筋混凝土材料為主。

1.板柱體系的設計

1.1板柱結構的定義

板柱結構的建筑是由樓（屋面）板、柱等構件組成的、承受垂直及水平荷載的空間結構體系。板柱結構除具有框架結構的優點外，還有結構高度小、頂棚平整、采光、通風及衛生條件好、模板及施工簡單等優點，采用升板法施工可節約大量模板。板柱結構常用于醫藥、食品、冷庫、市場及醫院等建筑，預應力板柱體系常用于住宅建筑中。

1.2板柱結構體系計算原理

在進行板柱結構設計之前，首先要對板柱的整體結構進行計算，并且需要運用等代框架法進行計算。也就是說，在采用PMCAD建模時，可以將樓板等代成寬扁的框架梁，然后在SATWE 軟件中進行全過程的解析，通過此軟件求其在水平荷載作用下的內力值。但如果只單獨進行樓板模型運算，此時便可以將板帶劃分成柱上板帶和跨中板帶兩部分來進行運算，并且運用有限元的方法來計算豎向荷載的內力值。接下來就是對板柱結構配筋進行運算，此時要把水平和豎向荷載進行相互的組合，按照寬扁梁的方法進行配筋。

1.3等代梁寬度的取值

依據《鋼筋混凝土升板技術規范》的相關規定：在進行建筑板柱結構設計時，可以按照等代框架來計算內力和位移。并且在側向力的作用下，可以沿著該方向來進行等代框架梁的寬度計算，應取較小值。在運用PMCAD軟件進行建筑板柱建模時，其等代梁的寬度可以按照《升板規范》的要求取值。同時也可以按照以下的辦法來進行取值：等代梁兩側各取相鄰房間跨度的1/4相加；當等代梁兩端房間不等跨時，等代梁需按偏心布置。這既可避免房間不等跨時寬度不好確定的問題，又可使按房間1/4跨度劃分出來的等代梁自重正好等于整個樓板的自重。

1.4板柱結構的破壞

1.4.1未布置一定數量的抗震墻，因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墻，此種結構的節點剛度又相對較弱，因此側向位移常較大。由于它延性差，抗彎和變形能力很弱，再加上 P-⊿效應，在強震時造成嚴重破壞甚至倒塌是很可能的。

1.4.2在板柱節點處，樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內未設置抗沖切的鋼筋，或設置得不恰當，節點處不平衡彎矩對樓板造成的附加剪應力未適當考慮。柱周邊板的厚度不夠，使抗剪箍筋不易充分發揮作用，或柱子縱筋在節點處滑移。由于這些原因，在強震時使墻板產生沖切破壞，隨之樓板墜落，造成巨大損失。在采取相應有效的措施之后，板柱-抗震墻結構的抗震性能將有很大的提高，其設計強度也將提高。順便指出，“框架-核心筒結構中帶有一部分僅承受豎向荷載的無梁樓板時，不作為板柱-抗震墻結構”。此種結構可按框架、核心筒考慮，但應考慮本文“設計建議”中的各條要求。

1.5板柱體系的樓板剛度分析和抗沖切性能研究

板柱體系中樓板是主要水平受力構件，由于沒有梁的約束，剛度比普通框架結構剛度小。實際工程中，樓板下撓過大，容易導致建筑物室內分隔墻產生裂縫，因此設計時應重視樓板剛度的驗算，采用ANSYS有限元分析軟件，分別計算當板的厚度變化時，板的撓度、第一主應力、第三主應力的分布情況，總結對板剛度影響的因素及其規律。設計人員在設計時，可以根據具體情況，采取合理的構造措施，避免由于措施不當，導致施工困難。例如，施工現場就碰到，由于板柱節點配置了大量的抗沖切鋼筋，導致鋼筋綁扎困難，同時也影響混凝土的澆筑質量。設計過程中，需要分別計算柱截面尺寸、板的厚度、混凝土強度等級變化時，板的撓度、剪應力、彎矩、板裂縫的最大值。在柱子集中反力或局部荷載作用下，當混凝土板的沖切承載力不滿足設計要求且板厚度受到限制時，可采取各種配筋加強措施來增加板的沖切承載力，如采用配置箍筋、彎起鋼筋、錨栓或型鋼剪力架來承擔柱周圍沖切荷載。箍筋應做成封閉式，并沿柱兩個軸向均勻配置。為了提高板的沖切承載力，板也可在局部加厚，采用柱帽和托板等形式。

2.SLAB程序關于柱上板帶寬度的取值

SLAB 程序按兩種方法劃分柱上板帶和跨中板帶。

2.1按PM中輸入的等代梁寬度與位置劃分板帶

如果在PMCAD中輸入了等代框架梁，則建議選擇此項。因為輸入等代框架梁的主要目的是為了計算板的水平荷載引起的內力。當選擇此項后，程序能夠自動將等代梁范圍內的樓板在豎向荷載作用下內力進行積分，得到截面彎矩M2。M2與水平荷載作用下在相同截面產生彎矩值M1進行組合，從而得到配筋面積。因此，該方法主要用于計算水平荷載時的情況。

2.2按升板規范自動劃分板帶

如果采用PMCAD軟件進行板柱結構計算，但是在計算時，并沒有輸入等代梁而是輸入的虛梁，那么就建議選擇此項。這是因為如果在計算時，沒有輸入等代梁，那么該程序就不會計算水平荷載引起的內力。而如果采用SLABCAD軟件盡心計算，就只計算由豎向荷載引起的內力值，該方法主要用于不需計算地震力的地下室車庫頂板等情況。其主要優點是在PMCAD中無需輸入等代梁，從而使建模大大簡化。

2.3板柱-抗震墻的設計建議

水平荷載作用下，板柱-剪力墻結構的設計方法與框架-剪力墻結構的設計方法相似，可按二者協同工作計算各自承擔的彎矩和剪力。和框架-剪力墻結構一樣，協同工作計算后，板柱-剪力墻結構也需對二者承擔的地震力進行調整。由于板柱結構比較柔，在板柱-剪力墻結構中，剪力墻應承擔全部水平地震作用，板柱結構作為第二道防線，仍要求額外承擔20%的水平地震作用。板柱結構應布置足夠數量的抗震墻（包括核心筒），墻的位置宜避免偏心。在房屋周邊，應布置邊梁，以形成周邊框架。如在周邊布置確有困難，則應在其他部位布置一定數量的框架梁，使結構形成板柱-框架、抗震墻的綜合體系，此種布置不屬于抗震規范中的板柱-抗震墻結構。抗震墻的厚度不應小于180mm，且不應小于層高的1/20；底部加強部位的抗震墻厚度不應小于200mm，且不應小于層高的1/16（可取層高和無肢墻長度二者的較大值）。

綜上所述，建筑結構中板柱結構設計在現代建筑結構中得到了廣泛的應用，因其施工簡單、結構本身高度較小以及造價低等優點對現代建筑的發展做出了一定的貢獻。因此在實際工程實施中，要認真研究板柱結構的設計要求，并且嚴格按設計規范工具進行設計。同時在施工時，要加強板柱結構的施工管理，以確保板柱結構的安全使用。

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