關于薄壁箱體現澆混凝土空腹樓蓋設計要點的探討

原 雪

（吉林化工學院 吉林吉林 132000）

STRAT軟件是自主開發、具有完全知識產權的國產大型通用有限元軟件。在以往的工程設計中，由于所用軟件的限制，設計師通常將空腹樓蓋簡化成等代梁，用等代梁法進行配筋計算，這樣的處理方式會導致空腹樓蓋將采用梁式樓蓋的方式采取相應的構造措施，而空腹樓蓋原本應該采用板式樓蓋的方式進行相應的設計配筋，所以這種模型的影響，會造成兩者之間有較大的差異，本文采用的STRAT軟件針對這種設計的困境，為薄壁箱體空腹樓蓋的計算模型提供了強大的技術支持。它利用強大的圖形處理能力，運用有限元的思想，基于板式樓蓋受力島的設計理念，將薄壁箱體空腹樓蓋的板單元進行整體細分，專門開發了體現板式樓蓋受力特點的系列的實用方法[1]。

STRAT軟件對于薄壁箱體混凝土空腹樓蓋專門開發了專用的各向異性板單元，由于軟件是以超元為基礎，可以進行活荷載不利布置的受力分析。對于薄壁箱體而言，內置箱體的肋梁寬度、內模箱體的具體尺寸都是影響空腹樓蓋受力性能的關鍵參數，如果只是簡單的等代成實心板或采用等代梁法，必然會影響計算結果的精度。STRAT軟件針對上述問題，開發出相應的功能，可以按照具體的肋梁寬度和內模尺寸進行準確計算，計算結果包括薄壁箱體空腹樓蓋具體的撓度和彎矩值以及相應的配筋面積，對于工程設計而言，更具有實用性。

1 薄壁箱體空腹樓蓋設計要點

薄壁箱體現澆混凝土空腹樓蓋雖然內置了很多空心的混凝土內模，但其實質仍屬于板式樓蓋的范疇，另外，薄壁箱體空腹樓蓋的肋梁寬度，肋梁高度，上下實心板厚度，邊梁寬度等樓板參數都將影響其受力性能。下文將結合板式樓蓋的受力特點和薄壁箱體空腹樓蓋各個參數的影響規律，探討其按照板式樓蓋的內力分布進行設計和配筋的要點。

1.1 肋梁布置

對于薄壁箱體混凝土空腹樓蓋而言，以往的工程設計中，其通常被簡化成兩種模型，一種是梁式樓蓋，一種就是實心板?？梢哉f，這兩種簡化方式都不能很好的替代薄壁箱體空腹樓蓋的計算模型，因為這種模型實際上是介于上述兩種模型之間，但更貼近于實心板的一種結構形式。而設計普遍采用的次梁模擬肋梁的方式通常會忽視兩方面的內容：

（1）忽視上下實心板對空腹樓蓋的有利作用，尤其是跨中的板底鋼筋；

（2）當柱頂設置柱帽時，將忽視柱帽對結構的有力作用，從而導致計算的彎矩值和剪力值偏大，加劇了配筋數量，造成相應的浪費[2]。

以往的設計經驗可得，對于靠近空腹樓蓋邊梁的第一根肋梁，在設置柱帽的樓蓋中應于樓蓋直接相連。同時在這種結構中，柱帽還可以放置肋寬范圍內無法完全放置的支座負筋。另外，薄壁箱體空腹板的肋梁寬度，肋梁間距這兩個參數的變化對其受力的計算結果并沒有產生較大波動，所以，在實際設計中，肋梁寬度，肋梁間距可以在一定范圍內小幅變動。但是，對于結構中出現的應力集中的地方，應該適當增加空腹板的肋梁寬度，目的在于較寬的肋梁可以設置更多的鋼筋，以免發生偶然外力過大的情況，應力集中的部分會先于其他地方發生破壞。

對于設置柱帽的建筑結構，筆者建議設計師可以在柱帽四周澆筑與空腹樓蓋相同厚度的實心樓蓋區域，因為柱帽四周部位由于混凝土板厚的突然變化會帶來不可避免的應力集中的問題，但如果將應力集中的部位澆筑成實心樓蓋，將會顯著減弱這種不利影響，對結構安全十分有利。

1.2 邊梁空腹小板受力性能

薄壁箱體混凝土空腹樓蓋設置暗梁時，其設置高度與空腹板相同。而實際在受力分析上，可以將暗梁看成空腹板的邊界，但由于暗梁高度較小，與主梁的區別較大，無法起到主梁的作用。所以，在空腹板內設置暗梁，配筋不能按照主梁來配，具體數值還要通過計算確定。所以，一般的做法是，空腹板的樓板負筋可以通長配置。

（1）柱帽范圍內，肋梁、暗梁以及肋間板塊的鋼筋分配

有限元軟件通過建模進行計算，設計師運用計算結果對其進行配筋，在空腹板的配筋上，本文建議將盡量多的鋼筋配置在空腹板肋寬的范圍之內，對于板頂的負筋而言，其深入支座的負筋長度可以進行相應的計算，計算出來的結果需要標注在相應的肋梁上，并盡量采用相同的規格。當空腹板跨度較小時，其肋梁頂部的鋼筋盡量考慮通長配置。對于肋梁內配置的箍筋，應該盡量選用相同規格的鋼筋，并統一標注。但如果肋梁兩端受力很大時，肋梁端部的箍筋面積必然大于中間部分，所以實際必須分開標注，應該關注的是端部所配置的箍筋面積需要標明配置長度，可以實際指導施工。而對于靠近邊梁的肋梁，由于通常與柱帽連接，其端部的剪力會比較大，所以在這些部分，箍筋面積可以適當增加，并進行加密。

對于柱帽范圍內的暗梁而言，其柱帽寬度范圍內的鋼筋，應加上凈空內的20%。柱帽肋間板需要扣除暗梁、柱帽內肋梁的鋼筋后的剩余值[3]。

（2）大跨度薄壁箱體空腹板

樓板的厚度通常由跨度決定，而其跨度越大，通常樓板的厚度就越厚，那么對于這種大跨度結構，空腹板在保證樓板剛度的前提下，可以很好的解決常規的實心板自重大的問題，非常適合大跨度結構。在實際的應用中，大跨度樓蓋結構通常收到其撓度的限制，施工中解決的通常做法就是預設起拱。另外，大跨度的薄壁箱體空腹板通常需要在兩個方向上通長配置鋼筋。其底部的鋼筋盡量采用同一規格，并且采用受拉搭接或機械連接。

2 柱帽設計

在空心樓蓋的設計中，設置柱帽是常規的做法，因為這種設計可以在柱端的一定范圍內形成樓蓋的加強帶，這種加強帶可以叫做樓蓋的受力島，樓蓋在這些部位的加強，可以改善其受力性能，增加空腹板的延性，從而有效的控制配筋量，進一步提高空腹樓蓋的抗側剛度。柱帽的設計對于薄壁箱體空腹樓蓋來講，優勢更加明顯，因為對于這種樓蓋而言，往往不會設置較寬的肋梁高度。但由于上部荷載的作用，柱子對樓板的沖擊力又較大。所以，在柱子頂部設計柱帽會提高整個樓蓋的抗沖切性能，柱帽的好處還在于，可以放置肋梁中無法全部放置的鋼筋。

那么，如何設置柱帽呢？柱帽的尺寸通常有很多因素決定，包括所受荷載的大小、空心樓板的厚度和空腹板的形式等。所以，在進行柱帽設計時，設計師要綜合考慮上述影響因素。初步設計時，柱帽的外伸長度可以跨度的1/8進行初步估算，如果兩個方向上的跨度不同，可以取長跨的1/8長度進行設計。如果設計師考慮減少混凝土的用量，可以將柱帽設計成變厚度的形式，即階梯型柱帽。但是對于大厚度的空心板而言，采用等厚度或是變厚度的柱帽，則需要共同考慮柱帽剛度和配筋總量等很多因素。

（1）計算模型

柱帽由于其內部受力復雜，在以往的設計中選取模型時，計算結果容易失真，針對柱帽這種復雜的受力狀況，STRAT軟件開發了單獨的設計模塊，可以為柱帽單元獨自增加網格數量，更加準確的計算柱帽的受力狀態，最后的計算結果更接近真實情況，設計師可以依據軟件的計算結果直接進行相應的配筋。

（2）配筋設計

對于設置柱帽的樓蓋結構進行配筋時，應該對配筋結果進行相應處理，在一定范圍內適當歸并。針對柱帽鋼筋的分布特點，在柱寬范圍和柱肩范圍應該分別選筋配置，暗梁的支座負筋可以取柱寬范圍內柱邊最大值，沿鋼筋的布置方向取峰值，而配置柱肩范圍的鋼筋則應該結合肋梁的鋼筋布置確定，并沿鋼筋橫向取平均值。柱寬范圍及柱肩范圍的鋼筋長度均應該滿足實際分布范圍的要求并保證足夠的錨固延伸長度。為了確保柱帽四周的肋間面板與柱帽鋼筋能夠有效的錨固，應將其面板加厚。

3 暗梁設計

空腹樓蓋的實際設計中，暗梁也是通常會采用過得加強樓蓋剛度的做法，暗梁的設計可以增加柱子之間的相互連接，另外，除了柱帽以外，暗梁在增加空腹板的抗沖切性能提高上也有一定的作用。所謂暗梁，就是指厚度與樓蓋相同，但局部增加很多鋼筋，以期達到梁的某種效果，但實際上，由于高度的限制，即使按照框架梁的鋼筋配置在暗梁內部，暗梁的受力性能還是與框架梁相差很多。所以更準確的解釋是，暗梁在受力性能的表現上更像是一個加強的板帶。所以設計師在設計時還是要根據加強板帶的概念采取相應的措施?！鞍盗骸钡膶挾纫话闳≈鶎捈爸鶅蓚雀鞑淮笥?.5倍板厚。另外，還有一種暗梁稱為加厚暗梁，例如比連接的空腹板厚100～200mm，雖然此種暗梁仍然與一般意義的主梁有差別，但在一定程度上起到加強板帶的作用，但此種方法效果不明顯，適用范圍比較局限。

（1）計算模型

計算中采用板單元的形式，暗梁中線應參與單元網格的劃分。

（2）配筋設計

對于連接空腹板的暗梁，其梁內部的鋼筋，包括自身寬度內及其與肋梁之間面板的鋼筋。為了改善空腹板的抗震性能，暗梁需要按照主梁的規定進行抗震構造措施的設計，區別于按照梁跨度來確定主梁的鋼筋，暗梁則是按照計算結果確定其支座負筋的長度，這是因為梁式樓蓋的負彎矩的分布比板式樓蓋的分布范圍大，導致框架主梁的負筋長度比暗梁大。但是，對于設置柱帽的樓蓋結構，剛度的變化又可能使暗梁的支座負筋的長度比框架主梁大一些，所以單純按照跨度來確定主梁的方式對于暗梁的設計是不全面的。