无梁楼盖结构计算方法的探讨_朱炳寅
第
8
期
建
筑
结
构
1999
年
8
月
无 梁 楼 盖 结 构 计算 方 法 的探 讨
朱 寅 炳
(建 设部 建 筑 设 计 院
,
北京
1000 44 )
,
[ 提要 〕 结合 结构 设计的工 程实 践 通过对 无 梁楼 盖 结构 的 分 析 比较 剖析 现 行 设 计计算中存在 的 问 题 探讨解决的办法及 适 合现阶段无梁楼 盖结 构设 计 的实 用计算 方法 的 可行性 供 结构设计者 参考
,
,
。
〔 键 词 〕 无梁楼 盖 关
Ba s
等 代 平 面 框 架法
e e t i e , t he au t
等代 空 间框架 法
l e 邓s
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d e
m
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一 引言
、
系 与 柱子形成 空 间框 架 然 后 对 各荷 载情 况 取 用 同
,
无梁 楼 盖 的结 构 计 算 常 沿 用 弹 性 理 论 的计算方 法 即 等代 平 面 框 架 法
, 。
一的交 叉 梁 布置 利 用 空 间 杆 系 分 析 程 序进行 结构
,
而 今 计 算 机 的应 用 使 原手
。
的设 计 计算
,
。
采 用 等代 空 间框架 法 计算 无梁 楼 盖 结
,
算 的 一 些 计算 假 定 可 以 取 消
二 等 代平 面 框 架 法
、
本 文 结合 工 程 实践
。
,
构 可 充分 利 用 现 有计算 手段 避 免工 作 量极 大 的 人 力内 力 组 合 达 到 简化 计算 的 目的
荷 载 工况 等代 梁 宽 取侧 荷 载 取 值 况
,
,
分 析 比 较 了等代 平 面 框架 法 与等 代 空 间框架 法
, 、
,
。
等 代 平 面框 架 法 将 整 个 结 构 分别 按纵 横柱 列 方 向划 分 为具 有 框架 梁 和 框架 柱 的纵 向与横 向 平 面 框架
。
“
”
“
”
等 代 框架 梁的 宽 度则 根据 不 同 的荷 载 情
,
况 分别 取 值 见 表
1
。
表 中 当 采 用 空 间分 析 程 序 进
,
行垂直荷载 下 等代 框 架计 算 时 为 避 免 单 向加全 载 使 柱 轴 力 重 复计 算 同 一 工 程 需 沿两 个 主 轴 方 向 分
,
别 加 载计 算 即在 计 算
(
x
;
,
,
x
向 (y 向 )等代 框架 时
,
,
y
向
(1 )竖 向 取 等 于 板 跨 单 向 加 全 a 手 算 ) 荷 载作 用 中 心 线 之 间 载 即 各 b ) 平 面 及 的 距 离y 即 单 向框 架 空 间 分 析 六口 L 及 L 沪 口 扒 J 毛 习匕 P 程序 柱距范 围 内 的荷载 载 (2 )水 平 取 等 于 板跨 单 向 加 全 跨 荷载 作用 中 心 线 之 间 载 即 柱 距 离 的 一 上板 带 承 半 即 L / 2 受全 部 水 , 及L / 2 十何软
・
卜 口 算方 法
内 力取 值
采用经验 系数 法 确定柱上 及 跨 中板
,
二
.
,尸
, n
八
带 的 内力 求得 在 水 平 荷
载 下 柱 上 板带 的 内 力
,
,
,
:
向 )梁上 不 加 载 还 应 注 意 结 构构 件 自重 对梁 柱
,
该 计 算 方法中 肋 梁的 划 分 是关键 在 程 序容 量
许 可 的前提 下 肋 梁划 分 的 网 格越小 计算 结 果 越 趋
,
,
,
内力 的 影 响 一般情 况 下 结构 自重不 宜 由程 序 自动
,
计 算 有关 梁 柱 荷 重应直 接输 入
,
、
。
当采用空 间 分 析
,
合理
。
下 列 几点 值 得重 视 1 梁宽 可取 网 格 宽 度 由 )
:
, ,
程 序进行 水平 荷 载 下等 代框 架计 算时 不 考 虑 跨 中 板带 的作 用 工程中 只 考 虑 结构 平 移 不 考 虑 结构扭 转 则 沿两 个 主 轴 方 向 的计算 可 一 次 完 成 当 程 序 规
,
于 板 的 保 护 层 小 于 梁 而 板通 常 为 双 向配筋 两方 向
,
,
板 的计 算 高 度不 同 故等代 肋 梁梁高 一 般 可 取 板厚 ;
,
;
) 2 为避 免重复 计 算 等 代梁 的 自重 不 宜 采用 程 序 自
,
定 必 须要有垂直 荷载时 对 其 应进 行充小数 处理
,
。
) 动 计算 ; 3 为 确 保 地震作 用 计 算 的准确 性 楼 层 重 量
,
表
,
1
中 (1 ) (2 项 的 计算 均可 用有 关 的 程 序完 )
,
也宜 采 取人工输入
四 算例 分 析
、
,
。
成 而 其 内力组 合 工作 可完 全 由手 算完成 ; 由于 现行 规范规定 的 内力组 合 要 比 老规 范 单 一 系数法 的计 算
0 某 1 层 建筑 平 面 见 图
1
,
( 2 图 示 为纵 横对 称
,
复杂 得 多 工 作 量 大 要达 到 多组 内 力 比 较 取最 不
利 内力进 行 设计 在实 际 工 程 中是很 难 实现 的
三 等代 空 间框架 梁法
、 , ,
、
,
,
/ 的1
4
部分 图形 ) 采用 等代 平 面 框 架 法 (下 称 算 法
,
。
(1 ))和 等代 空 间框 架 法 (下 称算 法 (2 ) ) 对 算 例 在 垂
直荷载 及水 平 荷载 (风 荷 载 )作 用 下 分 别 按 四 种简
,
、 ,
等 代 空 间框 架 法 即 将各 层 结构平板 分 别按纵
,
横 方 向 划 分 为 由 若 干 纵 向 与横 向梁 组成 的 交 叉 梁
26
图作对 比 计算 交叉 梁 划 分 平 面 见 图 3 一 6 其 结果 见 图 7 一 9 现 对 上述 结果作如 下 分析 比 较
, , ,
。
1
.
垂 直 荷载 下 板 带计算 内力 比 较
D
,
边 梁截 面 的 大 小对边 跨 内力 影 响较大 边 跨 设 计 应 考 虑 在 边 跨跨 中及 第 一 内支 座适 当 加 大 配 筋
6
L
.
,
设 M
M L 分 别 为 采 用 等 代 平 面框 架 法 和 等代
。
。
空 间框架 法 算 得 的 弯矩
设 计建议
,
(1 支 座 弯 矩 )
98 %
总支座 弯矩 M
=
,
=
(8 % 一 5
D ;
(1 肋 梁 宜采用 本 文 计 算 简 图 (2 ) (4 所 示 的 划 ) )
)M
D ;
柱 上 板带 M L
% 一 25 1 %
一 15 6 %
(6 5 %
一 95%
)M
跨中
,
分 确 保跨 中为等代 梁 集 中荷 载 的 作用点
,
,
。
板 带弯 矩 的 变 动 幅 度 较
大 采 用 计 算简 图 (2 ) (4 ) 时 M L = (1 0 7
,
(2 肋 梁 划分 不 能过 粗 但 也 不 宜过 细 )
,
。
) M n ; 而 采 用 计算 简 图 (3 )
。
,
(3 对 负 弯矩 调 幅时 应综 合 考虑 等 代 空 间框 架 )
时 ML
,
,
=
7 % (梦
)MD
法 在垂直 荷 载 下对 柱上 板 带 计算 结果 的 影 响 建 议
,
(2 跨 中 弯 矩 )
4 ( )时 M
L
总 跨 中 弯 矩 采 用 计 算 简 图 (2 )
,
根 据垂 直 荷载 的实 际 情 况 适 当增 大 调 幅 系数
,
。
=
(10 5 % 一 1 2 7 % )M o ; 采 用 计算 简 图 (3 )
(4 柱上板 带 支 座 截 面 的 配 筋 应 与 其 弯 矩 分 布 )
时 M
,
・
L
=
92%
M
D
柱 上 板带 M
L
L
=
(1 0 9 % )M
D
。
一 177 %
)
相 一 致 建议 在柱 宽 及 每 边各 (1 0
,
.
一2
.
) 0 板 厚范 围
M
n
,
跨 中板 带 M
=
(5 0 % 一 1 1 1 %
内集中 配 置 其 配筋量 应 不 少 于 柱上 板 带 配 筋 总 量
,
,
上述差 异 的 原 因 除 了 计算 简 图 的 不 同 外 还 由
于 等代 平 面 框 架 法对 柱 上板 带 之间的 弯 矩是 采 用 经
的 一 半 同 时 非 集 中配 筋 区 域 内 的 配 筋率 应 不 小 于 相邻的 跨 中板 带
五 结语
、 。
,
验 系数 分 配的
2
.
。
水平 荷 载 下 板带 计 算 内力 比 较
=
等代 空 间框架 法 能 充分 利 用 现有 计 算 条 件 简
,
总支座 弯 矩 M L
(1 0 0 %
,
一 1 24 %
L 二
) Mn ; 柱 上 板
% 一92%
,
化计 算 过 程 计算方 便 快 捷
,
,
。
带 剪力 墙 的 无 梁 楼 盖
,
带 采 用 计 算 简 图 (2 ) 一 (4 )时 M
(7 6
)
・
结构 剪 力 墙 应设置边 框 梁 和 柱 其计算方 法及过 程
一 盛 0
. ‘
) M 。 ; 由于 算 法 (1 不 考虑 跨 中板带 的抗侧 作 用 因 而
算法 (2 计 算 中 跨 中 板 带 增 加 的 弯 矩 占 总 弯 矩 的 )
1 9 % 一 39 %
。
3
.
等代 空 间 框 架 法 中梁 的 划 分 对 计 算 结果 的
.
影响
( 1 从计 算 结 果可 以 看 出 按计算 简 图 (3 所 示 ) )
,
闷 冲 、
口
一黔一 门
:
二
’
}
:
:
的 划 分 因 等代 梁的 集 中荷载作 用 点 偏 离跨 中 故其
,
,
) 计算结 果 较算 法 (1 )小 偏 于 不 安全 ; 按 计算 简 图 (2
,
图2
。、 牛 丛。 印 吐 _
) 及 图 (4 所 示 的 划 分 等代 梁 的集中荷载作 用 点位 于
,
) 跨 中点 其 计 算 结 果 较算 法 (1 大 偏 于 安全
, ,
。
计算
「了
) 简 图(4 因 其 划 分 较 细 其计算结果更趋 合 理
,
;
(2 采用 等代 空 间框 架 法计 算 时 肋 梁 的 划 分 决 )
,
伞 犷里
{
一 一了可 。1 即 漏x } } 割
一 ~
一
了
上
J
丰 5 ,一 铆 上 一
、
_
一 扛T 厂 丁 下 了 下
一
二
二
信
一
薪左寸
定 了肋梁 的计算 断 面 因 而肋 梁 划 分 的 不 同 必 然 影
, ,
响 等代框架 内 力 的分 布
;
,
。
从 计 算 结果 看 划 分 太 粗
,
,
会使
计算结 果误 差 大 划 分过 细 会 增大 直 接 与 柱 相 连 的板 带 的弯矩 内 力 集中 现 象较 突 出 尤 其 是 柱 匕
板 带 的支 座截面
4
.
。
播
图 3 ) 计 算 简 图 (1 图5
) 计 算 简 图 (3
氰
氰 翠 瀑
图4 ) 计算简 图(2
品 莎 川 厂福流 F 到 {才 1 一 , 幻 箭 寸
柱 上 板带弯矩 分 布 比 较
,
柱子 对 等 代 框 架 的 内力分 布 有 较 大 的 影 响 与 柱相连 的 板带承担 着 绝大 部分 的 内 力 从 计 算 简 图
( 的 计 算结 果不 难 看 出 柱 中 线 两 侧 各 7 5 m m 范 ) 4 0
,
,
围内板 带 的 平均 弯 矩 为 其相邻 柱 上 板 带 平均 弯矩 的
2
.
6
倍 因 此柱上板 带 的 钢 筋 不 宜 均 匀 布置 而 应适
。
,
,
当 集中布 置在 柱 宽 及 其 两 侧
5
.
边 梁对计算结 果的 影 响
图6
) 计 算简 图 (4
27
均 可参 照 以 上 作 法
, ,
。
采 用 预 应 力 楼 板 的无 梁楼 盖 结
,
构 在 计 算 非 预应 力 钢 筋 时 可 采 用 折 算 垂 直 活 荷 载 而 风 载及 地 震作 用 产 生 的 弯 矩 均 由 非 预 应 力 筋 承担
。
黔 破 卜 座麒 负筷 分布
2
怜
在垂 载作 下 直荷 用 在 荷载 用 水平 作 下 口 耐 动 沿吟 正夸 分布图 ‘ 耐 m ) 麒翅 梢 负 渺旋跳 朴 / 司 中 矩 (N 弯
{
・
柱 墙 及基 础 的设 计 过 程 可 参 照 以 上 作 法
m
、
。
等 框 梁总 矩图 k N 代 架 背 (.
) 相 于柱 板带 矩 ( . 对 上 育 图 kN
m
) 相 于 中 带夸 图 kN 对 跨 板 矩 (.
m
;
矩 算可 『 〔
M
o
C 琴 眯 6 l飘叭火 默吸 呱篱 }1 气鹭弋鹭 J 曰 托 呵
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月
图9
不 同荷 载 下 肋 梁 的 划分 对 弯 矩 分 布 的 影 响
,
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日
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冷
.
需 要 指 出 的是 无 梁 楼 盖 结 构的 设 计 方 法 仍 需
(86 % )
% 2 岌 ‘ 护 书 ’护 ) ‘嗯’
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产
门
在工 程 实践 中 不 断探 索 采 用 上 述简化计 算 方 法 时
,
,
%
》
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恤l
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9。%
)
。 代 l
对关键 及受 力 复杂 部位 宜 采 用 其 他 程 序 进 行 校 核
,
,
(
111 %
)
并 留 有适 当 的
余 地 等 代 空 间框 架法 尚 需 在 工 程 实 践 中 不 断 补 充完善
。
图
7
垂 直 荷 载 下 两 种 计 算 方 法 的 计 算结 果 比 较
・
等 框架 总专 图 k N 代 梁 矩 (
m
于 上 ) 相对 柱 板带 矩图 kN 匆 〔.
m
) 相 于 板带 矩 州 对 助 弯 图(
・
m
)
本 文 经 我院 陈 富 生 教 授 级 高 工 审 阅 在 此 表 示 惑谢
。
,
算弯 匡 矩
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寺泊
钢 筋 混 凝 土 升板 结 构 技 术 规 范 (G B J
筑 工 业 出版 社
,
90 )
.
中 国建
19 9 0
.
.
11
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%
’ ( % ’ ‘ %’
繁 叽
1
结 构 专业 技 术措 施 北 京 市 建筑 设 计 研 究院
,
.
,
199么
.
卜户 尹气
J 声 碑
:
8 8 ( 1% ) ( 4 % )
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31
卜
产门
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李 培 林 吴 学 敏 混 凝 土 密 肋 及 井 字 梁 楼 盖设 计 手 册
中国 建 筑 工 业 出版 社
.
,
1995
.
计
)
C
)
陈 富 生 建 筑 结 构 设 计新 规 范综 合 应 用 手册 中 国建 筑
工 业 出版 社
CA D
,
.
19 9 3
.
交 叉 梁 系 楼 盖 计 算 软 件 JC L 中 国 建 筑 科 学 研 究 院 结
.
图
8
水 平 荷 载 下 两种 计 算方 法 的 计 算结 果 比 较
构所
工 程部
,
1993
(上 接第 1 页 ) 9
强 度 可 由 C3 降 至 C 0 2
,
5
,
每 立 方米 混 凝 土 水 泥 用 量
%
,
碳 圆 光 丝 一 样 因 而 生 产成本 也 基本 相同 只 增 加 一
,
可减少
3
.
5 0k g
左 右 可节 约 水 泥 2 0
,
用 于 全 国 大面
。
个 模 具 磨 损 费 综 合考 虑 每 吨 仅 多 花 2 元 左右 0
, ,
。
积 采 用 的预应 力 圆 孔 板将获 得较 高 的 经 济 效益
目 前也 已 经 开 发 了 8 0
。
普 通 工 n 级 低 碳 热 轧 盘 条 (Q 巧 Q 2 2
,
,
3
) 5 的设
级冷拔 螺 旋 钢 筋 部
,
计抗拉 强 度 为 2 1
1 6
.
0
M P 左 右 而 用 其制 作 的冷 拔 螺
a
,
分 投 入 了试 生 产
4
.
旋钢 筋 的设 计 抗 拉 强 度 为 3 4 M P 0
,
.
a
,
是 工级 钢 筋 的
,
倍 n 级钢筋的 1 1 倍 以 其等 强 度 取 代 热轧盘
, ,
冷拔 螺 旋钢 筋的发 展 前 景 根据 有关 部 门 测 算 我 国 每 年新 增 城 镇住 房 面
,
条 应 用 于 非预 应 力 现 浇 工 程 结 构 中 可节 约 钢 材
38 % 以 上
,
2 积 超过 1 亿 耐 制 作预 应力 构 件 需 用 冷拔 螺 旋钢
,
且 由 于 螺纹 的作 用 锚 固力 增加 可 省 去
, ,
,
,
筋等新 型 钢 筋 3 0 万
、 、 ,
t,
如 扩展 到 水 泥 杆 水 泥 压 力
t。
,
、
圆 钢 筋 端 头 弯 钩 避 免 了 繁 琐 施 工 提高 了 工效
,
。
当
管 高 速 公 路 铁 道 轨枕 和 建造 非预 应 力 现 浇 工 程 等 方 面 全 国 每 年 需 用 这 种钢 筋 约 5 0 万 节 约水 泥2 0 %
,
2 前 国家 不 生 产必1 以 下 的 n 级 钢 筋 只 能 用 工级 钢
筋 如 果全部 被冷拔 螺 旋 钢 筋取 代 效 益 可想 而 知
, ,
。
冷拔螺旋 钢 筋应 用 于 预 应 力 构件 中 如 只 考 虑 每 年 就 可 为 国 家节 约 水 泥 4 0 0 万 t
,
2
.
用 冷拔螺旋钢 筋 制 作 预 应 力 空 心 板 混 凝 土
,
28