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摘 要: 空心楼盖规程的诞生，是提倡节约型社会的具体实践，为大跨度结构空间开辟了新的结构形式，规程适用于工业与民用房屋中现浇的钢筋混凝土和预应力混凝土空心楼盖的设计、施工和验收。规程的颁布对规范现浇空心楼盖行业市场、促进技术发展、扩大空心楼盖应用范围等方面都会起到积极的推动作用。本文浅述空心楼盖对地下室的设计。
关键词: 地下室; 空心楼盖; 结构设计
Abstract: The birth of hollow floor procedures is a concrete practice of advocate conservation-oriented society and has opened up a new structure of large span space structure, design, construction and acceptance specification for reinforced concrete and prestressed concrete hollow floor of industrial and civil building cast-in-situ. Regulations promulgated will play a positive role to regulate the industry market, cast-in-situ concrete hollow floor to promote the development of technology, to expand the application scope of hollow floor. In this paper, the design of hollow floor basement.
Keywords: basement; hollow floor; structure design
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言：现代住宅和公共建筑发展的多样性, 以及大空间, 大跨度的需要, 要求传统的结构形式和施工作业方法不断进步。中国的建筑已经跃入个性化时代, 人们要求居住人性化、风格个性化, 而其关键在天提供人性化各个性化的建筑空间。但现实是现在的房子净空越来越矮, 间隔千篇一律, 人们都很压抑。现浇混凝土圆孔空心楼板是最近几年发展起来的结构新技术, 它适应大空间、大跨度柱网的住宅和公共建筑的要求, 具有减轻自重, 降低地震作用, 增加楼板刚度, 楼板的隔音效果好的优点, 从而减少楼板的配筋量。使大跨度无梁水平结构体系) ) ) 现浇混凝土空心楼盖技术的实施变得简单可行, 打破传统结构模式, 使楼盖的力学性能更合理。因此采用此种结构技术后, 明显降低建筑结构总体造价, 经济效益和社会效益非常明显。下面, 本人结合工程事例, 对预应力现浇混凝土空心楼盖的设计做了一些研究。供同行参考。
1、工程概况
某地下车库, 建筑面积5800m2, 顶板标高 - 2.000m,底板面标高 – 5.700 m, 结构设计采用8m ×8m 柱网板柱结构, 楼盖采用预应力现浇空心楼盖。为保证上部正常使用要求, 同时也考虑减轻结构自重, 采用了建设部推广应用的新技术成果之一现浇混凝土空心楼盖技术。工程设计使用年限50年; 预应力板裂缝控制等级为三级; 最大裂缝宽度限值0.2mm; 抗震设防烈度6度; 设计基本地震加速度0.05g; 设计地震分组为第一组; 建筑抗震设防类别为Ò类; 建筑的设计特征周期0.35s; 建筑结构阻尼比0.05; 现浇混凝土房屋的抗震等级为三级; 板厚选450mm,内置直径300mm 筒芯。
2、預应力现浇混凝土空心楼盖的设计与计算
对于柱支撑板在竖向均布荷载作用下, 可以采用直接设计法、拟梁法及等代框架法进行内力分析。本工程采用等代框架法进行内力分析。纵向柱间设置1 200 mm 宽暗梁, 横向柱间设置1100mm 宽暗梁。
2.1 筒芯布置
根据CECS175要求, 筒芯布置应满足以下要求:
1) 现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25%,也不宜大于50%。
2) 筒芯顺筒肋宽与筒芯外径的比值不宜小于0.2;顺筒肋宽尺寸: 钢筋混凝土楼板不应小于50 mm, 预应力混凝土楼板不应小于60 mm。
3) 当筒芯沿顺筒方向间断布置时横筒肋宽不应小于50 mm。
4) 板顶厚度和板底厚度宜相等, 且不应小于40 mm。该工程根据实际情况大部分采用了直径300 mm, 长度1000 mm 的筒芯, 局部少部分采用了直径为250 mm 的筒芯, 根据具体尺寸并考虑预应力配筋的要求采取了筒芯布置方式。体积空心率32%。
21 2 等代框架梁截面特性
根据柱距、暗梁尺寸及筒芯布置分别计算顺筒方向和横筒方向的截面特性。图1, 图2分别给出了顺筒方向和横筒方向的截面示意图。计算中符号定义同CECS175。
图1 顺筒方向等代框架梁示意图
图2 横筒方向等代框架梁示意图
2.3荷载、内力及其组合
在设计中考虑以下荷载和作用:
1) 楼盖上部永久荷载2819 kN/m2, 楼板自重由程序自动计算;
2) 均布活荷载5kN/m2;
3) 人防荷载: 等效静荷载60 kN /m2。采用pkpnrsa tw e进行整体的内力分析, 用PREC软件计算预应力效应, 后利用其内力和变形结果, 根据现行设计规范进行设计计算。当采用人防荷载内力时, 考虑材料调整: 钢筋强度综合调整系数1.27; 混凝土强度综合调整系数1.5。
承载力极限状态设计时采用以下组合:
1) 1.35×恒载内力+ 1.4＋活载内力+预应力次内力;
2) 1.2×恒载内力+1.0×人防内力+ 预应力次内力。
正常使用极限状态设计采用以下组合:
1) 1.0×恒载内力+ 1.0×活载内力+ 预应力次内力;
2) 1.0×恒载内力+ 准永久值系数×活载内力+ 预应力次内力。
2.4 配筋设计
设计中采用强度等级为C40的混凝土; 预应力筋fptk =1860MPa; fpy = 1320MPa的低松弛钢绞线, 张拉控制应力 = 0.72fptk = 1339MPa。非预应力钢筋采用HRB335级别。楼盖中采用有粘结预应力筋, 张拉端与固定端扁锚锚具分别采用扁锚B15 系列锚具, 预应力筋采用光滑连接的四段抛物线线形, 纵向集中布置在暗梁中, 横向均匀布置,布置时考虑筒芯布置的影响, 在顺筒方向肋中隔肋布置,并保证有两束预应力筋穿柱。普通钢筋设计时, 将楼盖划分为柱上板带(包括暗梁)和跨中板带, 将等代框架梁的内力设计值按比例分配至柱上板带(其中暗梁承受柱上板带弯矩设计值的50% ), 每个跨中板带承受两个半个跨中板带分配来的内力设计值之和。普通钢筋设计时考虑以下控制参数:
1) 支座预应力度限值: 0.75;
2) 界限相对受压区高度: 0.35;
3) 最大综合配筋率: 2.5%;
4) 板端最小受拉钢筋配筋率: 0.00075;
5) 跨中的小受拉钢筋配筋率: 0.0025。配置时考虑筒芯布置的影响, 在横筒方向和顺筒方向肋中配置构造箍筋。
顺筒方向和横筒方向钢筋布置见图4, 图5。
图4 顺筒方向钢筋布置
图5 横筒方向等代框架梁示意图
2.4 后浇带设计
设计中考虑有粘结预应力钢筋分段张拉在轴8, 9之间和轴14, 15之间分别设置宽2 000 mm 的后浇带。后浇带中预应力筋与其他处错开搁置, 并且分端张拉, 在相邻两跨分别设置预留张拉槽, 为保证开槽不与筒芯布置冲突,将开槽位置筒芯改为直径250 mm, 上部混凝土厚125 mm,下部混凝土厚75 mm。
3、构造设计要求
一般在抗震设计时无柱帽的板柱) 剪力墙结构沿纵横柱轴线在板内设置暗梁, 暗梁宽度可取与柱宽度相同或柱宽度以外各1.5倍板厚, 但对于地下车库的现浇混凝土空心楼盖也应设置暗梁。暗梁宽度主要由冲切决定, 并考虑混凝土布置薄壁空心管的影响。暗梁配筋满足以下两点要求:
1) 柱上板带内不少于1 /2的钢筋应配置在暗梁内, 暗梁下部钢筋不宜少于上部钢筋的1/2。暗梁内通长布置的板面钢筋不应少于1/2。
2) 暗梁应采用不少于四肢的封闭箍筋, 箍筋直径不应小于8mm, 间距不应大于300 mm。
3) 箍筋加密区应延伸到柱帽边加一个板厚, 箍筋间距不应大于100 mm。设置暗梁有两个作用, 一是满足冲切承载力的要求, 二是减小板钢筋的直径。此外暗梁顶部的保护层取为板顶厚度, 底部取为30 mm。这是因为板的上下两个方向的钢筋均应置于暗梁上下纵筋之上, 如暗梁上部保护层也取为30 mm, 则暗梁部位板钢筋的保护层将不能满足要求。
4、结语
随着城市地下空间开发利用程度的提高, 纯地下结构越来越多, 其埋置深度也将会增大, 这就要求设计人员在满足建筑要求的同时, 要降低结构埋深, 合理控制投资成本。是否采用现浇混凝土空心楼盖的形式, 控制因素可能是多方面的, 对具体问题, 应通过技术经济的对比做出合理的选择。现浇空心楼盖的应用在保证结构刚度的同时有效地减轻了结构的自重; 预应力的应用使得超长结构中的裂缝问题得到了非常有效的控制; 板柱结构使得结构空间得到了有效的利用。预应力现浇空心无梁楼盖设计中涉及了预应力、板柱结构及现浇空心楼盖等内容, 设计人员在设计过程中应该充分考虑到这些内容在同一项目中的交错,在筒芯布置、预应力筋及普通鋼筋的布置过程中要多方协调。
参考文献
[1] CECS175: 2004, 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程规范[ S] .
[2] 陶学康. 后张预应力混凝土设计手册[M ] . 北京, 中国建筑工业出版社, 1998.
[3] 赵勇. 带托板的多层现浇混凝土空心板柱结构分析方法
关键词: 地下室; 空心楼盖; 结构设计
Abstract: The birth of hollow floor procedures is a concrete practice of advocate conservation-oriented society and has opened up a new structure of large span space structure, design, construction and acceptance specification for reinforced concrete and prestressed concrete hollow floor of industrial and civil building cast-in-situ. Regulations promulgated will play a positive role to regulate the industry market, cast-in-situ concrete hollow floor to promote the development of technology, to expand the application scope of hollow floor. In this paper, the design of hollow floor basement.
Keywords: basement; hollow floor; structure design
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言：现代住宅和公共建筑发展的多样性, 以及大空间, 大跨度的需要, 要求传统的结构形式和施工作业方法不断进步。中国的建筑已经跃入个性化时代, 人们要求居住人性化、风格个性化, 而其关键在天提供人性化各个性化的建筑空间。但现实是现在的房子净空越来越矮, 间隔千篇一律, 人们都很压抑。现浇混凝土圆孔空心楼板是最近几年发展起来的结构新技术, 它适应大空间、大跨度柱网的住宅和公共建筑的要求, 具有减轻自重, 降低地震作用, 增加楼板刚度, 楼板的隔音效果好的优点, 从而减少楼板的配筋量。使大跨度无梁水平结构体系) ) ) 现浇混凝土空心楼盖技术的实施变得简单可行, 打破传统结构模式, 使楼盖的力学性能更合理。因此采用此种结构技术后, 明显降低建筑结构总体造价, 经济效益和社会效益非常明显。下面, 本人结合工程事例, 对预应力现浇混凝土空心楼盖的设计做了一些研究。供同行参考。
1、工程概况
某地下车库, 建筑面积5800m2, 顶板标高 - 2.000m,底板面标高 – 5.700 m, 结构设计采用8m ×8m 柱网板柱结构, 楼盖采用预应力现浇空心楼盖。为保证上部正常使用要求, 同时也考虑减轻结构自重, 采用了建设部推广应用的新技术成果之一现浇混凝土空心楼盖技术。工程设计使用年限50年; 预应力板裂缝控制等级为三级; 最大裂缝宽度限值0.2mm; 抗震设防烈度6度; 设计基本地震加速度0.05g; 设计地震分组为第一组; 建筑抗震设防类别为Ò类; 建筑的设计特征周期0.35s; 建筑结构阻尼比0.05; 现浇混凝土房屋的抗震等级为三级; 板厚选450mm,内置直径300mm 筒芯。
2、預应力现浇混凝土空心楼盖的设计与计算
对于柱支撑板在竖向均布荷载作用下, 可以采用直接设计法、拟梁法及等代框架法进行内力分析。本工程采用等代框架法进行内力分析。纵向柱间设置1 200 mm 宽暗梁, 横向柱间设置1100mm 宽暗梁。
2.1 筒芯布置
根据CECS175要求, 筒芯布置应满足以下要求:
1) 现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25%,也不宜大于50%。
2) 筒芯顺筒肋宽与筒芯外径的比值不宜小于0.2;顺筒肋宽尺寸: 钢筋混凝土楼板不应小于50 mm, 预应力混凝土楼板不应小于60 mm。
3) 当筒芯沿顺筒方向间断布置时横筒肋宽不应小于50 mm。
4) 板顶厚度和板底厚度宜相等, 且不应小于40 mm。该工程根据实际情况大部分采用了直径300 mm, 长度1000 mm 的筒芯, 局部少部分采用了直径为250 mm 的筒芯, 根据具体尺寸并考虑预应力配筋的要求采取了筒芯布置方式。体积空心率32%。
21 2 等代框架梁截面特性
根据柱距、暗梁尺寸及筒芯布置分别计算顺筒方向和横筒方向的截面特性。图1, 图2分别给出了顺筒方向和横筒方向的截面示意图。计算中符号定义同CECS175。
图1 顺筒方向等代框架梁示意图
图2 横筒方向等代框架梁示意图
2.3荷载、内力及其组合
在设计中考虑以下荷载和作用:
1) 楼盖上部永久荷载2819 kN/m2, 楼板自重由程序自动计算;
2) 均布活荷载5kN/m2;
3) 人防荷载: 等效静荷载60 kN /m2。采用pkpnrsa tw e进行整体的内力分析, 用PREC软件计算预应力效应, 后利用其内力和变形结果, 根据现行设计规范进行设计计算。当采用人防荷载内力时, 考虑材料调整: 钢筋强度综合调整系数1.27; 混凝土强度综合调整系数1.5。
承载力极限状态设计时采用以下组合:
1) 1.35×恒载内力+ 1.4＋活载内力+预应力次内力;
2) 1.2×恒载内力+1.0×人防内力+ 预应力次内力。
正常使用极限状态设计采用以下组合:
1) 1.0×恒载内力+ 1.0×活载内力+ 预应力次内力;
2) 1.0×恒载内力+ 准永久值系数×活载内力+ 预应力次内力。
2.4 配筋设计
设计中采用强度等级为C40的混凝土; 预应力筋fptk =1860MPa; fpy = 1320MPa的低松弛钢绞线, 张拉控制应力 = 0.72fptk = 1339MPa。非预应力钢筋采用HRB335级别。楼盖中采用有粘结预应力筋, 张拉端与固定端扁锚锚具分别采用扁锚B15 系列锚具, 预应力筋采用光滑连接的四段抛物线线形, 纵向集中布置在暗梁中, 横向均匀布置,布置时考虑筒芯布置的影响, 在顺筒方向肋中隔肋布置,并保证有两束预应力筋穿柱。普通钢筋设计时, 将楼盖划分为柱上板带(包括暗梁)和跨中板带, 将等代框架梁的内力设计值按比例分配至柱上板带(其中暗梁承受柱上板带弯矩设计值的50% ), 每个跨中板带承受两个半个跨中板带分配来的内力设计值之和。普通钢筋设计时考虑以下控制参数:
1) 支座预应力度限值: 0.75;
2) 界限相对受压区高度: 0.35;
3) 最大综合配筋率: 2.5%;
4) 板端最小受拉钢筋配筋率: 0.00075;
5) 跨中的小受拉钢筋配筋率: 0.0025。配置时考虑筒芯布置的影响, 在横筒方向和顺筒方向肋中配置构造箍筋。
顺筒方向和横筒方向钢筋布置见图4, 图5。
图4 顺筒方向钢筋布置
图5 横筒方向等代框架梁示意图
2.4 后浇带设计
设计中考虑有粘结预应力钢筋分段张拉在轴8, 9之间和轴14, 15之间分别设置宽2 000 mm 的后浇带。后浇带中预应力筋与其他处错开搁置, 并且分端张拉, 在相邻两跨分别设置预留张拉槽, 为保证开槽不与筒芯布置冲突,将开槽位置筒芯改为直径250 mm, 上部混凝土厚125 mm,下部混凝土厚75 mm。
3、构造设计要求
一般在抗震设计时无柱帽的板柱) 剪力墙结构沿纵横柱轴线在板内设置暗梁, 暗梁宽度可取与柱宽度相同或柱宽度以外各1.5倍板厚, 但对于地下车库的现浇混凝土空心楼盖也应设置暗梁。暗梁宽度主要由冲切决定, 并考虑混凝土布置薄壁空心管的影响。暗梁配筋满足以下两点要求:
1) 柱上板带内不少于1 /2的钢筋应配置在暗梁内, 暗梁下部钢筋不宜少于上部钢筋的1/2。暗梁内通长布置的板面钢筋不应少于1/2。
2) 暗梁应采用不少于四肢的封闭箍筋, 箍筋直径不应小于8mm, 间距不应大于300 mm。
3) 箍筋加密区应延伸到柱帽边加一个板厚, 箍筋间距不应大于100 mm。设置暗梁有两个作用, 一是满足冲切承载力的要求, 二是减小板钢筋的直径。此外暗梁顶部的保护层取为板顶厚度, 底部取为30 mm。这是因为板的上下两个方向的钢筋均应置于暗梁上下纵筋之上, 如暗梁上部保护层也取为30 mm, 则暗梁部位板钢筋的保护层将不能满足要求。
4、结语
随着城市地下空间开发利用程度的提高, 纯地下结构越来越多, 其埋置深度也将会增大, 这就要求设计人员在满足建筑要求的同时, 要降低结构埋深, 合理控制投资成本。是否采用现浇混凝土空心楼盖的形式, 控制因素可能是多方面的, 对具体问题, 应通过技术经济的对比做出合理的选择。现浇空心楼盖的应用在保证结构刚度的同时有效地减轻了结构的自重; 预应力的应用使得超长结构中的裂缝问题得到了非常有效的控制; 板柱结构使得结构空间得到了有效的利用。预应力现浇空心无梁楼盖设计中涉及了预应力、板柱结构及现浇空心楼盖等内容, 设计人员在设计过程中应该充分考虑到这些内容在同一项目中的交错,在筒芯布置、预应力筋及普通鋼筋的布置过程中要多方协调。
参考文献
[1] CECS175: 2004, 现浇混凝土空心楼盖结构技术规程规范[ S] .
[2] 陶学康. 后张预应力混凝土设计手册[M ] . 北京, 中国建筑工业出版社, 1998.
[3] 赵勇. 带托板的多层现浇混凝土空心板柱结构分析方法