摘要：加腋大板是一種受力合理，經(jīng)濟(jì)節(jié)約的大跨度樓板，特別是在荷載較大的地下室結(jié)構(gòu)方案優(yōu)選中，它是一種較好的選擇。但加腋大板的計(jì)算較復(fù)雜，一般情況下需采用 Etabs等高級(jí)軟件，而本文則向讀者詳細(xì)介紹加腋大板的兩種簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

　　關(guān)鍵詞：加腋大板;變截面樓板;大跨度樓板;SLABCAD;STRAT

　　Abstract: haunched big board is a kind of stress is reasonable, economical and save the large span floor, especially in the basement of the big load structure scheme optimization, it is a good choice. But the big board haunched calculation is more complex, usually must be adopted such as Etabs senior software, and this paper is to introduce readers detailed haunched big board of two kinds of simplified calculation method.

　　Keywords: haunched big board; Variable cross-section floor; Big span floor; SLABCAD; STRAT

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　【引言】

　　在常規(guī)的地下室建筑中，普遍采用十字梁或井字梁的結(jié)構(gòu)布置來(lái)滿(mǎn)足建筑和設(shè)備專(zhuān)業(yè)的大空間和大柱距的要求，但這樣做不僅影響建筑的局部?jī)舾?，還使常規(guī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。為此本文介紹一種新的受力合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、簡(jiǎn)潔明了的大跨度樓板結(jié)構(gòu)—變截面加腋樓板(簡(jiǎn)稱(chēng)加腋大板)

　　【工程概況】

　　工程案例： 廣州某大型居住小區(qū)的地下室頂板。該地下室柱網(wǎng)采用8.4m X 8.4m。在頂板的某個(gè)柱網(wǎng)格子內(nèi)存在以下情況：該處下面是設(shè)備房，設(shè)備房由于凈高的要求不允許其上的樓板加次梁，而此樓板上的荷載為覆土荷載(覆土高度是按種植土要求的1.5米)和消防車(chē)荷載。此時(shí)需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一塊8m X 8m的大跨度樓板。此大板如采用加腋大板，其構(gòu)造如下圖所示。

　　加腋大板的不同在于，樓板支座附近的樓板厚度加厚了。從力學(xué)理論分析可知，加厚支座附近的樓板之后，將會(huì)使樓板支座附近的負(fù)彎矩增大，同時(shí)減少了樓板跨中的正彎矩，即這種樓板厚度的改變使得整個(gè)樓板的彎矩圖向上抬高，這意味著構(gòu)件內(nèi)力的分布更加均勻。所以加腋大板可以具有更大的跨度和更高的承載力。

　　對(duì)于這種加腋大板，筆者提出兩種經(jīng)濟(jì)可行，簡(jiǎn)單可靠的不依賴(lài)Etabs等高級(jí)軟件的加腋大板簡(jiǎn)化計(jì)算方法并詳細(xì)講述：

　　第一種方法：我們可以巧妙的利用pkpm中的slabcad模塊來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算這種加腋大板。具體操作如下：

　　i)先在pmcad中建立8mX8m網(wǎng)格的單層框架結(jié)構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)的梁柱截面任意輸入;ii)在此8mX8m網(wǎng)格內(nèi)，網(wǎng)格四邊各用兩道虛梁再細(xì)分幾個(gè)小網(wǎng)格。兩道虛梁的位置應(yīng)對(duì)應(yīng)于樓板加腋邊緣及加腋中部;iii)在此加腋大板的各個(gè)細(xì)分網(wǎng)格內(nèi)輸入對(duì)應(yīng)的樓板厚度，其中跨中板厚按種植土相關(guān)規(guī)范的要求取250mm，而在加腋區(qū)的細(xì)分網(wǎng)格的板厚可近似輸入對(duì)應(yīng)的加腋板板邊的厚度;以上操作示意圖如下。這樣就通過(guò)虛梁的劃分，在pmcad中的一個(gè)8mX8m網(wǎng)格內(nèi)實(shí)現(xiàn)了變厚度樓板的輸入。

　　PMCAD輸入示意：

　　然后輸入荷載及材料等級(jí)：其中附加恒載27kpa(考慮1.5m高覆土荷載)及活載18kpa(消防車(chē)荷載，并考慮覆土的折減系數(shù)，見(jiàn)文獻(xiàn)[1]附錄C);砼等級(jí)按混凝土耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范取C35;鋼筋采用三級(jí)鋼。至此完成pmcad的輸入，保存退出。

　　接著進(jìn)入slabcad模塊中的樓板數(shù)據(jù)生成子模塊分析這塊加腋大板，步驟如下：i)先輸入計(jì)算參數(shù)：板單元長(zhǎng)度取500，為計(jì)算的準(zhǔn)確，此數(shù)值最好小于樓板的加腋長(zhǎng)度的一半;ii)用菜單“樓板修改”中“樓板厚度”子菜單檢查各細(xì)分網(wǎng)格的板厚是否正確;iii)用菜單“約束輸入”輸入樓板邊界約束，本工程為四邊嵌固;iv)用菜單“生成數(shù)據(jù)”進(jìn)行單元?jiǎng)澐旨吧蓴?shù)據(jù)，如上右圖所示。

　　接著進(jìn)入樓板分析子模塊進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算完畢后，再進(jìn)入分析結(jié)果輸出子模塊查看結(jié)果圖，匯總?cè)缦拢?/p>

　　樓板計(jì)算配筋：支座面筋1957mm2，跨中底筋821mm2 ;

　　樓板最大變形：3.06mm;樓板最大裂縫：0.18mm。結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

　　故實(shí)配鋼筋為：支座處為D12@150(通長(zhǎng))+ D16@150(附加)，跨中處為D14@150，

　　說(shuō)明：由于slabcad不能顯示裂縫值，故我們需從slabcad的結(jié)果圖中查找恒載和活載對(duì)應(yīng)的內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值，再自行用morgain或理正等結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算裂縫。此時(shí)還要注意，新版的砼規(guī)范(2010版)對(duì)裂縫計(jì)算公式做了更改，主要的更改就是裂縫計(jì)算不再使用標(biāo)準(zhǔn)值，而是使用準(zhǔn)永久值(本工程準(zhǔn)永久值?。?.0恒+ 0.6活)。

　　第二種方法：我們可以使用經(jīng)濟(jì)可靠的國(guó)產(chǎn)通用有限元分析軟件STRAT計(jì)算。STRAT是由上海交通大學(xué)的謝靖中博士開(kāi)發(fā)的有限元分析軟件。這款軟件除了有正式版發(fā)售外，還提供了免費(fèi)版(500節(jié)點(diǎn)限制)給用戶(hù)下載。

　　下面，我們就用STRAT的免費(fèi)版V5.2版計(jì)算這塊加腋大板。由于STRAT具有CAD導(dǎo)入功能，故我們可以先在CAD中畫(huà)好有限元分析所需的網(wǎng)格圖，如下圖所示 (網(wǎng)格長(zhǎng)度控制在0.5米左右)。然后將此圖另存為DXF文件。

　　接著打開(kāi)STRAT進(jìn)入圖形前處理模塊Prep，用文件菜單中的接口輸入導(dǎo)入此DXF文件。繼續(xù)執(zhí)行以下步驟：i)用“工具”菜單中的“交點(diǎn)分圖”命令形成有限元的節(jié)點(diǎn);ii)用“工具”菜單中的“網(wǎng)格成圖”命令框選網(wǎng)格并輸入對(duì)應(yīng)厚度的樓板單元;iii)用“屬性”菜單中的“節(jié)點(diǎn)約束”命令輸入樓板邊界約束;iv)用面單元加載命令輸入荷載，附加恒載27kpa，活載18kpa;這樣就完成了有限元計(jì)算數(shù)據(jù)的輸入。如下圖所示：

　　Strat中的截面圖：

　　接著設(shè)置計(jì)算參數(shù)，在“荷載”菜單中的總體參數(shù)設(shè)置中，去掉動(dòng)力反應(yīng)譜及風(fēng)荷載的勾選，因?yàn)榧右复蟀鍩o(wú)需計(jì)算地震及風(fēng)等水平力，之后再去“文件”菜單中生成STRAT計(jì)算文件。至此完成前處理Prep的輸入。然后進(jìn)入第二個(gè)子模塊Strat完成計(jì)算。

　　再進(jìn)入第三個(gè)子模塊Plots(通用后處理)，此時(shí)我們還需執(zhí)行以下步驟完成配筋計(jì)算：

　　i)在“計(jì)算”菜單中單擊荷載組合，設(shè)置活載準(zhǔn)永久系數(shù)為0.6，并添加規(guī)范荷載組合;

　　ii) 在“計(jì)算”菜單中單擊板單元配筋，設(shè)置板鋼筋為三級(jí)鋼，點(diǎn)擊確定計(jì)算;

　　最后用“顯示”菜單中的“顯示板配筋圖”及“顯示變形”命令查看結(jié)果圖，匯總?cè)缦拢?/p>

　　樓板計(jì)算配筋：支座處為1900mm2，跨中處為800mm2 。

　　樓板最大變形為 3.10mm，樓板最大裂縫為0.18mm。結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

　　此結(jié)果與第一種方法相比較，兩者相差無(wú)幾(<3%)，這也說(shuō)明國(guó)產(chǎn)通用有限元軟件Strat的計(jì)算是可靠的。如需更準(zhǔn)確的計(jì)算，可以直接使用此軟件提供的變厚度板單元。

　　兩種方法的總結(jié)：這兩種計(jì)算方法的結(jié)果相差無(wú)幾，但在具體操作上各有利弊，一個(gè)是采用我們熟悉的pkpm軟件，另一個(gè)則可以利用方便的cad導(dǎo)入功能。這兩種方法都是近似計(jì)算，因?yàn)樗鼈兌己雎粤思右复蟀宓钠鸸靶?yīng)，并未將加腋大板看作是雙向拱的拱殼空間結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算。但是它們都已能滿(mǎn)足工程需要。

　　【總結(jié)】

　　總結(jié)加腋大板的設(shè)計(jì)計(jì)算，需要注意以下幾點(diǎn)：

　　1)加腋高度一般可取板厚的1.5~2倍，加腋的斜率一般可取1:4~1:8。

　　2)樓板加腋處主要承受負(fù)彎矩，其底部的砼為板的受壓區(qū)，故樓板加腋處的板底斜筋可比跨中底筋少一個(gè)鋼筋等級(jí)，但板底筋間距相同。

　　3)加腋樓板的附加面筋伸入板內(nèi)的長(zhǎng)度一般可取1/4 板跨，但要注意驗(yàn)算此1/4 板跨負(fù)筋及相鄰?fù)ㄩL(zhǎng)負(fù)筋能否完全包絡(luò)住負(fù)彎矩。因?yàn)榱W(xué)分析表明，加腋樓板的彎矩圖一般會(huì)比普通樓板的彎矩圖有所抬高。

　　除了設(shè)計(jì)計(jì)算外，我們還需關(guān)注加腋大板的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性能。關(guān)于這點(diǎn)，筆者引用文獻(xiàn)[5]的資料，廣州某房地產(chǎn)公司對(duì)某個(gè)地下室結(jié)構(gòu)所做的大跨度樓板的三種結(jié)構(gòu)方案比較，結(jié)果如下表所示：

　　從上表中看出，加腋樓板的每平方米砼用量稍微多出其它方案，但鋼筋用量卻比其它方案節(jié)省20%左右。綜合造價(jià)加腋樓板節(jié)省10%左右。

　　綜上所述，加腋大板是一種受力合理，經(jīng)濟(jì)節(jié)約的結(jié)構(gòu)形式，它特別適用于荷載較重、柱距較大的地下室結(jié)構(gòu)中。過(guò)去加腋大板的計(jì)算普遍依賴(lài)Etabs等高級(jí)結(jié)構(gòu)軟件，而本文則提供了新的計(jì)算替代方法。希望它有助于加腋大板這種結(jié)構(gòu)形式的推廣。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 新版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 (征求意見(jiàn)稿)

　　[2]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010-2010

　　[3]《SLABCAD用戶(hù)手冊(cè)》

　　[4]《通用有限元軟件STRAT使用手冊(cè)》

　　[5] 淺析加腋大板在地下室結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用—樊計(jì)清，民營(yíng)科技，2009年第6期