某生產樓局部折板樓蓋設計探討

齊 曲

(武漢地大建筑設計有限公司，湖北 武漢 430074)

1 工程概況

某工程生產樓為五層混凝土框架結構，建筑高度19.5 m，平面尺寸22.4 m×21.6 m，柱距5.6 m，跨度7.2 m，共3跨；底層層高4.8 m，其余各層層高3.6 m；樓屋蓋采用梁板結構體系，各層(除屋面外)因工藝需要設置漏槽，局部形成折形樓板，折板板跨為2 600 mm，凈高800 mm，其布置詳見圖1。

框架結構各構件截面尺寸見表1。

表1 主要構件截面尺寸一覽表

2 折形樓板的簡化假定

設計人員為便于計算，將折形樓板簡化為等厚度的平板代入模型，折形樓板與等厚度的平板之間的重量差作為附加均布樓面恒載施加于假定平板上，單板平面尺寸2.6 m×5.6 m，詳見圖2。

附加均布樓面恒載設計人員采用實際取值，比實際重量差略大。

本文按方案1平板假定和方案2實際局部折板樓蓋兩種不同的設計模型，基于MIDAS軟件，分別進行有限元分析，并對兩者間整體分析結果以及梁柱受力大小情況進行對比分析[1]。

3 計算分析

3.1 計算軟件、模型

本工程采用建筑結構通用有限元分析與設計軟件MIDAS Gen，進行多遇地震下的靜力計算分析[2]。

結構分析模型由彈性梁單元與板單元構成：梁和柱采用三維梁單元模擬，梁單元以鐵木辛柯梁理論為基礎，可考慮剪切變形的影響，具有拉、壓、剪、彎、扭的變形剛度；樓板使用了以Mindlin板為基礎的厚板理論的厚板單元。厚板單元的每個節點具有X軸，Y軸，Z軸方向的移動的線性位移自由度和繞X軸，Y軸旋轉的旋轉位移自由度，可以考慮平面外的彎曲剛度。

3.2 小震下結構整體彈性分析結果

本工程抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度峰值為0.05g，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，抗震設防類別為丙類，設計基準期為50 a。

為更精確地反映樓板剛度對整體結構的影響，樓板按實際剛度參與計算，不考慮剛性樓板假定。

整體計算結果如表2所示。

由表2可以看出，兩種方案的計算結果差異不大，各項中差異最明顯的Y向底部地震剪力，其差值也不超過4%。因此，對結構整體而言，將折形樓板簡化為等厚度的平板代入計算，其結果從工程精度上來講是可以接受的。

表2 不同方案整體計算結果

3.3 柱受力分析結果

根據計算結果，不同方案各柱內力值除軸力N外，彎矩M、剪力V以及扭矩T等其差值的絕對值或相對值均較微小，而且內力圖的曲線形狀基本一致。

地震工況下，方案一底部軸力最大者為②-C柱，方案二底部軸力最大者為③-B柱；同時②-C柱也是各柱N值差異最大的，其差值絕對值為139 kN，相對值為6%(見表3)，其余各柱軸力雖有差異，但均不超過5%。

表3 ②-C柱、③-B底層柱柱底內力表

3.4 梁受力分析結果

結構Y向-平行于板跨方向的框架梁除不與折板相連的⑥軸外，其余各梁內力值差異均較大，按平板假設計算的彎矩值要比按實際樓板情況計算的彎矩值小約10%～35%(見圖3)。

結構X向-垂直于板跨方向框架梁，各梁梁端負彎矩相差不大，而跨中彎矩按平板假設計算的要比按實際樓板情況計算的彎矩值大(見圖4)。

結構X向各次梁按平板假設計算的彎矩值要比按實際樓板情況計算的彎矩值大(見圖5)。

3.5 板受力分析結果

對樓板進行網格劃分時，根據各跨的尺寸，網格劃分尺寸取0.4 m×0.4 m，局部區域用三角形單元補足。按平板假設和實際樓板分別計算時，樓板內力分布明顯不同。按平板假設計算時，各標準層樓板其內力分布大致符合四邊受約束的多跨連續單向板的受力情況，對應折板范圍內的板跨中最大彎矩大致為3.1 kN·m/m～4.3 kN·m/m(見圖6)。

按實際樓板計算時，各標準層折板區域樓板內力分布趨于均勻；與按平板計算相比，折板區域跨中最大彎矩明顯要小，板跨中最大彎矩大致為2.1 kN·m/m～2.3 kN·m/m，大致只有按平板計算的50%(見圖7)。

4 結語

1)按平板假定計算，結構整體彈性分析結果從工程精度上來講是可以接受的。

2)按兩種模型計算的結果，各柱的內力圖曲線形狀基本一致，彎矩M、剪力V以及扭矩T等差異均較小，軸力雖有差異，但差值一般不超過5%，對后續構件配筋設計影響不大。

3)按平板假定計算，平行于板跨方向的Y向框架梁的彎矩值要小于實際折板計算值；垂直于板跨方向的X向框架梁的彎矩值，支座負彎矩差異不明顯，跨中彎矩要大于實際折板計算值；X向次梁的彎矩值大于按實際折板計算的彎矩值；兩種模型梁的內力圖曲線形狀基本一致。

4)按兩種模型分別計算板的內力分布明顯不同，按平板假設計算的板的彎矩要大于按實際折板計算的。

5)從上述計算結果，尤其是次梁和板的內力分布可以看出：局部折板的存在使得原有常規設計采用的樓面荷載分配方法不再適用；采取簡化設計方法的同時，有必要根據有限元分析結果對梁板配筋復核。