摘要：加腋梁板是一種受力合理，經(jīng)濟節(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。但加腋梁板的計算較復(fù)雜，一般情況下需采用Etabs等高級軟件。本文主要分析了加腋梁板在地下室頂板的運用，希望能為加腋梁板的正確應(yīng)用提供參考意見。
關(guān)鍵詞：加腋梁板；地下室；頂板；應(yīng)用分析
引言：近年來，越來越多的地下室頂板采用了加腋梁板的結(jié)構(gòu)形式。由于地下室頂板覆土比較重，而且跨度一般在8米以上，地下室頂板經(jīng)常作為地上結(jié)構(gòu)的嵌固層，《高規(guī)》3.6.3條規(guī)定作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，且樓板厚度不宜小于180mm，再加上地下室柱的分布比較規(guī)則，因此加腋梁板就成為結(jié)構(gòu)設(shè)計師最好的選擇。因此，對加腋梁板在地下室頂板應(yīng)用進行研究和分析具有十分重要的現(xiàn)實意義。
一、加腋梁板結(jié)構(gòu)簡介
地下室頂板塔樓外的部分一般由于園林的要求，覆有較厚的覆土，荷載較大（還可能存在消防車荷載）。同時由于景觀綠化原因而使露天板經(jīng)常與水接觸，頂板有防水抗?jié)B要求，一般要求控制0.2mm的裂縫寬度。而現(xiàn)在具有停車場功能的地下室一般要求較大的柱距。如果采用普通的梁板結(jié)構(gòu)，計算需要很大的梁高及板厚，并且需要較多的鋼筋用于裂縫控制。
針對地下室頂板的受力特點和性能要求，近些年加腋梁板結(jié)構(gòu)在一些工程中得到應(yīng)用，具有明顯的優(yōu)勢：構(gòu)件受力合理；施工方便快捷：不設(shè)次梁，使得安裝模板、制作幫扎鋼筋等工序省料省工；室內(nèi)空間觀感舒暢，具有良好的視覺效果；經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)優(yōu)：可有效減少混凝土用量，鋼筋用量容易控制，且可降低梁高，減少土方開挖。
二、加腋梁板結(jié)構(gòu)受力特點分析
加腋梁在豎向荷載作用下，會產(chǎn)生較為明顯的拱效應(yīng)，在梁內(nèi)產(chǎn)生軸壓力，類似于拱橋的受力特點；加腋大板也可看做雙向拱的拱殼空間結(jié)構(gòu)，其受力性能優(yōu)于平面構(gòu)件，相對于十字梁結(jié)構(gòu)，沒有次梁產(chǎn)生的跨中集中荷載，其荷載傳遞更為均勻，有利于減小梁支座及跨中彎矩；支座處加腋對于控制控制梁板支座處配筋、減小裂縫具有明顯作用。
三、加腋梁的參數(shù)分析
對于構(gòu)件而言，一般情況梁端部負(fù)彎矩主要是由豎向荷載產(chǎn)生，水平力產(chǎn)生的內(nèi)力不是控制因素，因此對于加腋梁，主要應(yīng)該研究其在豎向荷載下內(nèi)力分配的變化規(guī)律。矩形截面梁加腋高度、加腋坡度，截面的高寬比、高跨比都是可能影響內(nèi)力變化的幾何參數(shù)。為了研究這些參數(shù)對內(nèi)力變化的影響，本文采用通用有限元軟件ALGOR進行了彈性范圍內(nèi)的加腋梁的內(nèi)力分析計算。
四、加腋梁板體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)及混凝土結(jié)構(gòu)分析理論，梁板在均布荷載作用下，其板支座只在跨中1/3范圍內(nèi)有較大彎矩分布，其余位置都較小，而實際施工圖設(shè)計中都是整跨按最大彎矩配置支座鋼筋，導(dǎo)致板支座兩端鋼筋沒有被充分利用，同時板支座彎矩相對跨中彎矩較大。若能增大支座受力截面減小支座彎矩，同時又不增加跨中板厚以減小自重，便能有效的減小結(jié)構(gòu)用鋼量。加腋大板體系即能滿足以上要求，通過對等截面（等體積）厚板與加腋板的計算對比可知，在板各側(cè)取凈跨約1/5范圍內(nèi)做加腋既能有效減小支座彎矩又不會明顯增加自重和混凝土用量。同時，有限元分析結(jié)果表明在此范圍內(nèi)板底受壓，故板底筋可在此處斷開，該范圍底筋只需要滿足構(gòu)造要求即可。
由于加腋后板截面較大，對于尺度相近的框架梁來說，其剛度不可忽略，厚板與框架梁形成T型梁截面，T型截面的彎矩由板翼緣和矩形梁腹板共同承擔(dān)。計算結(jié)果顯示翼緣承擔(dān)的彎矩比例約占截面總彎矩的35%，此彎矩即包括作為梁翼緣承擔(dān)梁的彎矩，也包括作為大板的支座負(fù)彎矩。實際配筋時將翼緣與矩形梁配筋分別考慮，最多可節(jié)省35%的梁面鋼筋，同時此方法比傳統(tǒng)計算模式更加符合強柱弱梁的概念要求。
五、結(jié)構(gòu)分析軟件對加腋梁板的分析
ANSYS有限元分析軟件對于實際工程應(yīng)用效率過低，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)軟件中，還 沒有一個軟件對加腋梁板做出專門的模擬和計算。
1、加腋梁的模擬分析。對于加腋梁之前大多采用變截面梁模擬。徐重人提出一種加腋梁的簡化計算模型，即將加腋梁簡化為以截面的形心連線為中性軸的空間曲梁，考慮了豎向荷載的作用下由于梁加腋產(chǎn)生的軸壓力，使得相關(guān)構(gòu)件可以按照壓彎構(gòu)件進行設(shè)計，并且給出了對稱加腋梁在均布荷載作用下彎矩和軸力的計算值表（由于實際梁上的荷載并不是均布荷載，而是近似三角形或梯形分布，查表計算只能將荷載分別按照梁端和跨中等效彎矩近似折算）應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析軟件ETABS建立空間分段梁（對于端部斜梁部分乘以一定的剛度增大系數(shù)），可以較好的模擬拱模型假定，其內(nèi)力計算結(jié)果與其模型理論分析值及ANSYS分析結(jié)果也較為接近，亦可以得出較為準(zhǔn)確的軸力值。
2、加腋板的模擬分析。加腋板由于其實際為三維空間受力，相比加腋梁其受力情況更為復(fù)雜，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析軟件較難準(zhǔn)確模擬。
對于比較規(guī)則的板跨，在SATWE中可以建立雙向的并列的梁以模擬板帶，將板帶中部的節(jié)點標(biāo)高提高以模擬加腋拱效應(yīng)，并提取板帶的內(nèi)力結(jié)果進行配筋設(shè)計。此種方法經(jīng)實際應(yīng)用表明，其分析結(jié)果與實體有限元分析結(jié)果較為吻合，但建模過程復(fù)雜，計算后需提取內(nèi)力手動配筋，且只能應(yīng)用于梁格規(guī)則的結(jié)構(gòu)，不適于大規(guī)模結(jié)構(gòu)應(yīng)用。
六、加腋梁板施工圖設(shè)計流程
通過積分運算提取不同截面的內(nèi)力，根據(jù)混凝土設(shè)計理論即可進行配筋設(shè)計及裂縫驗算。對于不同柱跨尺寸的結(jié)構(gòu)單元，可分別建立有限元模型或根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)柱跨模型進行等效設(shè)計。加腋梁板體系設(shè)計的一般步驟可歸納如下：
1、根據(jù)實際設(shè)計的梁截面和板截面建立有限元受力模型，輸入荷載工況進行受力分析。
2、根據(jù)一般方法采用常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件（如PKPM）建立等截面模型并計算。
3、根據(jù)有限元計算結(jié)果判斷梁腹板承擔(dān)總彎矩的比例，對結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算結(jié)果的彎矩進行折減再配筋，或者根據(jù)經(jīng)驗直接對梁配筋數(shù)值進行折減，以此結(jié)果進行施工圖梁配筋。如果對裂縫有要求，按折減后的彎矩校核裂縫寬。
七、結(jié)論與展望
1、加腋梁板結(jié)構(gòu)在荷載作用下會產(chǎn)生明顯的拱效應(yīng)，對于減小支座彎矩和控制鋼筋用量具有積極的作用。
2、對于加腋梁，將橫截面形心的連線形成的空間曲梁作為加腋梁簡化模型可以較準(zhǔn)確模擬加腋梁實際受力情況。
3、由拱效應(yīng)產(chǎn)生的軸力作用在截面上分布并不均勻，因此實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中對于如何考慮其對結(jié)構(gòu)配筋的貢獻(xiàn)須做進一步的研究或通過相關(guān)實驗來驗證。
4、現(xiàn)有結(jié)構(gòu)軟件尚沒有一款軟件可以對加腋梁板結(jié)構(gòu)進行專門的分析計算，通過ETABS、SATWE的軟件可以近似模擬其受力情況，但建模復(fù)雜，影響工程應(yīng)用。
5、加腋梁板結(jié)構(gòu)尚缺乏簡潔準(zhǔn)確的計算軟件和充足有效的實驗數(shù)據(jù)，但該 結(jié)構(gòu)受力合理，經(jīng)濟效益明顯，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
八、結(jié)束語
加腋梁板是一種受力合理，經(jīng)濟節(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。地下室頂板采用加腋梁板方案，具有更優(yōu)越的使用性能，例如可以節(jié)省造價、節(jié)省工期、節(jié)省，為企業(yè)取得經(jīng)濟和社會效益。
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