楼盖结构分类及布置.docx
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楼盖结构分类及布置
2钢筋混凝土楼盖结构设计
2.1楼盖结构分类及布置
楼盖(屋盖)是建筑结构重要的组成部分,在建筑结构中,混凝土楼盖的造价占到整个土建总造价的近30%,其自重占到总重量的一半左右。
因此,选择合适的楼盖设计方案,采用正确的方法,合理地进行设计计算,对于整个建筑结构都具有十分重要的意义。
楼盖结构是主要由梁、板组成的结构体系,若有梁有板称作梁板结构或肋梁楼盖,若有板无梁称为无梁楼盖或板柱结构。
另外,如筏板基础、阳台、雨棚、楼梯等结构构件都属于梁板结构。
楼盖是建筑结构中的水平结构体系,它与竖向构件、抗侧力构件一起组成建筑结构的整体空间结构体系。
它将楼面竖向荷载传递至竖直构件,并将水平荷载(风力、地震力)传到抗侧力构件。
根据不同的分类方法,可将楼盖分为不同的类别。
2.1.1楼盖分类
按施工方法可将楼盖分为现浇楼盖、装配式楼盖、装配整体式楼盖。
现浇楼盖整体性好、刚度大,具有较好的抗震性能,并且结构布置灵活,适应性强。
但现场浇筑和养护比较费工,工期也相应加长。
我国规要求在高层建筑中宜采用现浇楼盖。
近年来由于商品混凝土、混凝土泵送和工具模板的广泛应用,现浇楼盖的应用逐渐普遍。
按照梁板的布置不同,可将现浇楼盖分为:
1.肋梁楼盖
肋梁楼盖是由板及支撑板的梁组成。
梁通常双向正交布置,将板划分为矩形区格,形成四边支撑的连续或单块板,如图2.1(a)(b)所示。
受垂直荷载作用的四边支撑板,其两个方向均发生弯曲变形,同时将板上荷载传递给四边的支撑梁。
弹性理论的分析结果表明,当板的长边l01与短边l02的比值较大时,板上荷载主要沿短边方向传递,沿长边方向传递的很少。
如图2.1所示一四边简支的矩形板,承受竖向均布荷载q的作用。
现沿板跨中的两个方向分别切出单位宽度的板带,得到两根简支梁。
根据板跨中的变形协调条件有:
(2.1)
式中
、
—挠度系数,当两端简支时
。
I1、I2—l01、l02方向板带的换算截面惯性矩;
q1、q2—荷载在两个方向的分配值,有:
q=q1+q2(2.2)
如果忽略两个方向钢筋位置和数量不同的影响,取I1=I2;由式(2.1)和(2.2)得到
,
当l01/l02=2时,
,
。
图2.1四边支承板上荷载的传递
通过上式我们可以看到,当l01/l02>2时,分配到长跨方向的荷载不到5.9%。
为了简化计算,对长、短边比值较大的板,忽略荷载沿长边方向的传递,称其为单向板;而对长、短边比值较小的板,称其为双向板。
《混凝土设计规》(GB50010-2010)规定:
1)两对边支撑的板应按单向板计算。
2)对于四边支承的板,当l01/l02≥3时,按单向板计算;当2 肋梁楼盖结构布置灵活,施工方便,广泛应用于各类建筑中。 2.无梁楼盖 不设梁,将板直接支撑在柱上,如图2.2(c)所示,楼面荷载直接由板传给柱,称为无梁楼盖。 无梁楼盖柱顶处的板承受较大的集中力,通常在柱顶设置柱帽以扩大板柱接触面积,提高柱顶处平板的冲切承载力、降低板中的弯矩。 不设梁可以增大建筑的净高,而且模板简单,建筑物具有良好的自然通风、采光条件,多用于对空间利用率要求较高的厂房、仓库、藏书库、商场、水池顶、片筏基础等结构。 3.井式楼盖 单向板梁板结构中,梁可分为次梁和主梁;双向板梁板结构中,梁可分为次梁和主梁,也可为双向梁系。 在双向梁系中,若两个方向的梁的截面相同,不分主次梁,如图2.2(d)所示,结构采用方形或近似方形(也有采用三角形或六边形)的板格,此种结构称为井式楼盖,其特点是跨度较大,具有较强的装饰性,多用于公共建筑的门厅或大厅。 4.扁梁楼盖 如图2.2(e)所示,为了降低构件的高度,增加建筑的净高或提高建筑的空间利用率,将楼板的水平支承梁做成宽扁的形式,就像放倒的梁。 5.密肋楼盖 如图2.2(f)所示,密肋楼盖又分为单向和双向密肋楼盖。 密肋楼盖可视为在实心板中挖凹槽,省去了受拉区混凝土,没有挖空部分就是小梁或称为肋,而柱顶区域一般保持为实心,起到柱帽的作用,也有柱间板带都为实心的,这样在柱网轴线上就形成了暗梁。 (a)(b) (c)(d) (e)(f) 图2.2常见的楼盖形式 a-单向板肋梁楼盖;b-双向板肋梁楼盖;c-无梁楼盖; d-井式楼盖;e-扁梁楼盖;f-密肋楼盖 装配式楼盖由预制构件装配而成,便于机械化生产和施工,可以缩短工期。 但装配式楼盖结构的整体性、刚度均较差,在地震多发区应用受限。 装配整体式楼盖是由预制构件装配好后,现浇混凝土面层或连接部位以构成整体而成。 它兼具现浇楼盖和装配式楼盖的部分优点,刚度和抗震性能也介于上述两种楼盖之间。 2.1.2楼盖结构布置 楼盖结构是建筑结构的主要水平受力体系,其结构的布置情况决定了建筑物各种作用力的传递路径,也影响到建筑物的竖向承重体系。 不同的梁板结构布置对建筑物的层高、总高、天棚、外观、设备管道布置有重要的影响,同时还会在较大程度上影响建筑物的总造价。 楼盖结构布置时,应对影响布置的各种因素进行分析比较和优化。 通常是针对具体的建筑设计来布置结构,因此首先要从建筑效果和使用功能要求上考虑,包括: 1)根据房屋的平面尺寸和功能要求合理的布置柱网和梁; 2)楼层的净高度要求; 3)楼层顶棚的使用要求; 4)有利于建筑的立面设计及门窗要求; 5)提供改变使用功能的可能性和灵活性; 6)考虑到其它专业工种的要求。 其次从结构原理上考虑,包括: 1)构件的形状和布置尽量规则和均匀; 2)受力明确,传力直接; 3)有利于整体结构的刚度均衡、稳定和构件受力协调; 4)荷载分布均衡,要分散而不宜集中; 5)结构自重要小; 6)保证计算时楼面在自身平面无限刚性假设的成立。 2.1.3楼盖设计中的注意事项 1.计算理论的选取 梁、板的力计算常用的分析方法有弹性理论和塑性理论两种方法。 弹性理论相对比较简单,并具有较高的承载力储备;塑性理论使超静定结构的受力及结构设计趋于合理,减少了钢材用量。 一般来说,在楼盖设计中,单向板和次梁常用塑性理论的分析方法,以获得较好的经济效益,对于双向板和主梁,常采用弹性理论的分析方法计算力。 2.结构计算模型的确定 将实际的建筑结构抽象为可以进行分析计算的力学模型,是结构设计的首要任务。 好的力学计算模型应该是在反映实际结构主要受力特点的前提下,尽可能简单。 在楼盖设计中,应正确处理板与次梁、板与墙体、次梁与主梁、次梁与墙体、主梁与柱、主梁与墙体的关系。 另一方面,一旦确定了计算模型,则应在后续的设计中,特别是在具体的构造处理和措施中,实现计算模型中的相互受力关系。 3.梁板构件截面尺寸的确定 板的尺寸确定首先应满足规规定的最小厚度要求,其次尚应满足一定的高跨比要求。 表2.1列出了各种支撑板的最小厚度和高跨比。 梁的高度应满足一定的高跨比要求。 梁的宽度应与梁高成一定比例,以满足截面稳定性的要求。 表2.2列出了常见梁的最小高跨比。 4.楼盖结构的设计步骤 1)结构布置; 2)建立计算模型,画出计算简图; 3)荷载分析计算; 4)结构及构件力分析计算; 5)构件截面设计; 6)绘制施工图。 板截面的常规尺寸(mm)表2.1 板的类别 高跨比(h/l) 最小板厚(mm) 单向板 ≥1/30 屋面板60 民用建筑楼板60 工业建筑楼板70 行车道下的楼板80 双向板 ≥1/40 80 密肋板 面板 50 肋高 250 悬臂板(根部) 悬臂长度不大于500mm 60 80 悬臂长度1200mm 无梁楼板 无柱帽 有柱帽 ≥1/30 ≥1/35 150 现浇空心楼盖 200 梁截面的常规尺寸(mm)表2.2 梁类型 高跨比(h/l) 备注 多跨连续次梁 1/18~1/12 梁高: 次梁h≥l/25 主梁h≥l/15 矩形截面高宽比通常2~3,并以50mm为模数 多跨连续主梁 1/14~1/8 单跨简支梁 1/14~1/8 悬臂梁 1/10~1/8 2.2单向板肋梁楼盖 2.2.1连续梁、板按弹性理论计算 1.结构的平面布置 单向板肋楼盖由板、次梁和主梁组成。 次梁布置决定板的区格大小,主梁间距决定次梁的跨度,主梁的跨度由柱网决定。 一般单向板的跨度取为1.8~2.7m,荷载较大时取小值,一般不宜超过3m;次梁的跨度4~6m;主梁的跨度5~8m。 单向板肋梁楼盖的平面布置应该综合考虑到建筑效果、使用功能及结构原理等多方面的因素。 楼盖的主梁一般应布置在结构刚度较弱的方向,这样可以提高承受水平作用力的侧向刚度。 常见的单向板肋梁楼盖的结构平面布置方案有: 主梁沿横向布置。 其优点是主梁与柱可形成横向框架,侧向刚度较大,而各榀框架间由纵向的次梁连接,房屋的整体性也较好。 主梁沿纵向布置。 当横向柱距大于纵向柱距很多时,也可以采用主梁沿纵向布置的方案。 这样可以减小主梁的截面高度,增大了室的净高。 (a)(b) 图2.3单向板肋梁楼盖结构布置 a-主梁沿横向布置;b-主梁沿纵向布置 2.结构上的荷载及计算单元 作用在楼盖上的荷载包括永久荷载和可变荷载,永久荷载包括构件自重、地面、粉刷及吊顶等。 可变荷载包括楼(屋)面活荷载、积灰荷载、风荷载和雪荷载等。 可变荷载的分布通常是不规则的,在工程设计中一般折算成等效均布荷载;作用于板、梁上的活荷载在一跨按满跨布置,不考虑半跨活荷载作用的可能性。 设计中,永久荷载的标准值可由构件尺寸和构造等,根据材料单位体积的重量计算。 楼面均布活荷载可由《建筑结构荷载规》(GB50009-2012)查得。 其它可变荷载及其计算方法也在荷载规中有详细说明。 在设计民用建筑梁板结构时,应注意楼面可变荷载值的折减问题,若梁的负荷面积较大时,可变荷载全部满载并达到标准值的概率小于1,因此,规规定在设计楼面梁、墙、柱及基础时,楼面活荷载标准值应乘规定的折减系数。 在屋面板的设计中还需要考虑到施工和检修荷载。 整体式单向板梁板结构的荷载及荷载计算单元分别按下述方法确定,如图2.4所示。 单向板: 除承受结构自重、抹灰等荷载外,还要承受作用于其上的使用活荷载,通常取1m宽的板带作为计算单元。 次梁: 除承受结构自重、抹灰荷载外,还承受板传来的荷载,计算板传来的荷载时,为简化计算不考虑板的连续性,通常视连续板为简支板,取跨度为板跨度的负荷带作为荷载计算单元。 主梁: 除承受结构自重、抹灰荷载外,还要承受次梁传来的集中荷载,计算次梁传来的集中荷载时,为简化计算不考虑次梁的连续性,通常视次梁为简支梁,以次梁两侧的支座反力主梁荷载,一般主梁自重及抹灰荷载较次梁传递的集中荷载小得多,故主梁结构自重及抹灰荷载也可以简化为集中荷载。 图2.4梁、板的荷载计算围 3.结构的计算简图及计算跨度 按照弹性理论计算混凝土连续梁、板就是将梁、板看成弹性匀质材料构件,其力的计算可以按结构力学的方法进行。 单向板肋梁楼盖的板和次梁,不管其支承条件如何,都可简化为简支的连续梁来进行计算。 端支座如果是梁支承时,支承梁按构造配置抗扭钢筋,以防止梁扭矩太大,对梁不利。 单向板和双向板的连接处,按嵌固支承,分别进行计算。 对于主梁,当它支承于砖柱上时,视为铰支,如果是与钢筋混凝土柱现浇在一起,其力按框架梁计算,但如果梁的抗弯刚度与柱抗弯刚度之比大于5,仍然可以将主梁视为绞支于柱上的连续梁来计算。 对于等截面且等跨度的连续梁、板的某一跨来说,作用在与它相隔2跨以上跨上的荷载对该跨的力影响很小。 因此,对于超过5跨的连续梁、板都可按照5跨计算。 所有中间跨的力和配筋都按第
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