学文网【摘 要】现浇混凝土空心楼盖体系最近几年在建筑结构领域得到了很好的发展，具有传统技术不可比拟的优点。本文结合现浇混凝土空心无梁楼盖的特点，对性能进行综合研究，提出相应的计算方法。
【关键词】空心楼盖；结构分析；试验
现浇混凝土空心楼盖体系是我国建筑结构领域的一大创新，处于国内领先水平，具有较好的发展空间。近几年，由于住建部的大力推广，现浇混凝土空心楼盖结构技术在国内应用广泛，现已开始用于地震设防烈度较高的高层建筑，尤其适用于具有较大跨度对层高有限制的公共建筑和住宅建筑，具有梁板配筋减少、降低地震作用、增加楼板刚度、楼板的隔音效果好等优点，能明显降低建筑结构总体造价，缩短工期、施工方便，具有显著的经济效益和社会效益。
1、现浇混凝土空心无梁楼盖的试验研究
1.1 试验概况
试验构件采用等边长的非足尺模型双向板：L=1150mm，板厚h=120mm，每板均布8个孔，孔径≈51mm。混凝土强度等级为C15～C35，钢筋为12mm的Ⅰ级钢，两个方向配筋数量相同。
试验中采用自上而下逐渐加载正压。从试验中可以看到，当荷载加到一定程度时，板底受拉区混凝土出现弯曲初裂缝；当加载到板的极限承载力时，随着剪切环形裂缝的形成，构件破坏，且伴随产生一些次生裂缝。试验中，第1条裂缝常常出现在板底中心区域，且裂缝方向与板内孔洞的方向一致。
试验表明：在荷载作用下，板传递的荷载是按双向分布的，而且板的边界反力比与相应方向的刚度比大体上是相似的。为了研究现浇钢筋混凝土空心楼盖的受力特性，所采取的模型试验是可行的。
1.2 试验结果分析
试验表明：1）板的挠度与板受载大小、板尺寸、混凝土材料强度以及板配筋率有关；2）荷载P与中心挠度f之间的关系见***1所示的曲线。
***1中：P为施加的集中荷载值；Pu为板的极限承载力；f为板中心挠度值。
1）当P≤（0.4～0.6）Pu时，整个板可认为处于弹性工作阶段。P-f基本上呈线性关系，此阶段虽然已有裂缝，但对板挠度影响很小。
2）当P>（0.4～0.6）Pu时，板底裂缝的数量及宽度均在增加，板的刚度下降，P/Pu与f之间的关系为非线性关系。其中，从直线变为曲线无明显起始点。
3）当荷载继续增加，P-f关系曲线的曲率则进一步增大。当荷载达到空心板的剪切承载能力极限状态时，曲线由上升突然变为下降，空心板破坏。
通过以上试验，可以看出：现浇混凝土空心无梁楼盖的基本力学性能与普通双向板无梁楼盖相比，两者没有本质区别。因此在实际应用中，可以采用双向无梁楼盖的计算方法对现浇混凝土空心无梁楼盖进行结构计算，但应根据现浇钢筋混凝土空心板的一些力学特性，对双向无梁楼盖的计算方法作出一些修正。
2、双向平板无梁楼盖的实用计算方法及空心无梁楼盖修正参数的引进
因为无梁楼盖的柱网一般均接近于正方形，所以常遇的无梁楼盖一般均为双向板，楼板直接支撑于柱上，除角柱位置上板的位移等于零外，其他柱所支撑板的4边都可以产生挠曲。
由弹性薄板理论得到柱支撑平板内跨板格的弯矩分布，现以内跨板格为例，弯矩如***2所示。在工程实践中，一般将板划分为柱上板带和跨中板带。
柱上板带和跨中板带宽度的取法最常用的是各取板宽的一半，其中柱上板带直接支撑在柱上，而跨中板带则支撑在柱上板带上，因此柱上板带承担的弯矩比跨中板带所承担的弯矩大。
2.1 双向平板无梁楼盖等效框架法
研究表明：与实心板相比，现浇混凝土空心板板内虽有孔洞，但板仍然是双向受弯，且板在两个方向上的刚度并没有很大的差异。另外由于现浇混凝土空心板中暗扁梁的存在，空心板与框架柱的联结在实际受力时与实心平板与框架柱的联结完全一样，因此，这里仍可以用等效框架法设计空心板无梁楼盖。
此处需注意的是，等效框架在水平荷载作用下，结构将产生侧移。因为平板无梁楼盖的柱直接与板相连，这就造成了板柱之间的刚度比很大，这种情况在水平荷载作用下很容易发生柱头受剪破坏。因此一般认为无柱帽的钢筋混凝土平板或空心板无梁楼盖在地震作用（水平荷载）下是很不利的，这种结构体系不适宜用在有侧移的情况。
当把无梁平板楼盖框架转化为等效框架后，此时就可以采用结构力学的方法直接解出板与柱中的弯矩，然后再将板上的弯矩相应分配给柱上板带和跨中板带。
2.2 双向平板无梁楼盖经验系数法
该方法实际上是选择一个规则简单的等效框架，当算出各处的弯矩值后，再在误差允许的范围内推广应用这些弯矩值。它实际上是一种简化的等效框架法。
当结构满足一定条件时，方可使用经验系数法设计，中国《钢筋混凝土升板结构设计规范》中给定的限制条件如下：
1）活荷载为均布荷载，且不大于恒荷载的3倍；
2）在使用阶段每个方向至少有3个连续跨；
3）任一区格的长边与短边之比不应大于1.5；
4）在同一方向上的最大跨度与最小跨度之比不应大于1.2。
满足以上条件，相当于近似地免去了荷载组合，并且连续平板跨数较多且接近于等跨。在垂直均布荷载作用时，此时的中柱就近似于中心受压，在这个等效框架中，边柱刚度的影响不可忽略，但中支座可以视为铰接。
在双向平板无梁楼盖经验系数法中，总设计弯矩M0大小等于简支梁的跨中弯矩。在无柱帽的平板无梁楼盖中，文献[3]规定
式中：l1为弯矩方向的跨度；l2为垂直弯矩方向的宽度。
将各截面的弯矩横向分配系数与M0相乘，就可以求出不同板带在不同截面处的弯矩设计值。
2.3 空心无梁楼盖体系计算需引进的修正参数
1）Kec（柱的等效抗弯刚度）
在现浇混凝土空心无梁楼盖体系中，柱直接支撑着双向楼板，与柱直接相连的为宽度很窄的板条，其余板则是通过板或边梁与柱间接相连。当板条受力时，板或边梁转角变形。
柱的等效抗弯刚度为
式中：It为混凝土边梁截面抗扭刚度；Is为混凝土板的截面惯性矩；Ecb/2为混凝土梁的剪切模量。
βt反映了空心无梁楼盖体系中边梁对板的约束程度。当βt非常大时，体系中端跨板的支撑条件接近于内跨板的支撑条件，此时体系中边支座的负弯矩在跨中板带和柱上板带的分配与内支座接近。而当βt很小时，体系中板格中间板带与柱相当于无联系，端跨板边支座截面的负弯矩主要由柱上板带承担，端跨板的中间板带所承担弯矩很小。
3、研究结果
在现浇混凝土空心无梁楼盖体系中，研究表明：端跨板格的第1内支座、边支座和跨中截面的弯矩，都是向柱上板带和跨中板带进行分配。其中，板格的第1内支座和跨中截面的弯矩在柱上和跨中板带的分配系数与内跨板格相同；而对于边支座，βt则直接影响着端跨板格边支座负弯矩的分配。已有研究表明，当边梁的βt为0时，边支座截面的全部负弯矩由柱上板带承担；当边梁的βt≥2.5时，边支座截面负弯矩在板带之间的分配比例与内支座相同；当βt在0～2.5之间时，柱上板带和跨中板带的负弯矩分配比例系数需按线性内插法确定。现浇混凝土空心无梁楼盖体系无边梁和有边梁时端跨板格的βt和对应的柱上板带边支座截面负弯矩的百分比如表1和表2所示。
通过对比发现，当现浇混凝土空心无梁楼盖体系无边梁时，柱上板带所承担的负弯矩约占边支座截面负弯矩的98.55%，跨中板带所承担的负弯矩约占边支座截面负弯矩的1.45%；当现浇混凝土空心无梁楼盖体系有边梁时，柱上板带承担的负弯矩约占边支座截面负弯矩的75.0%，跨中板带承担的负弯矩约占边支座截面负弯矩的25.0%。可以看出，在有边梁的情况下，边支座截面负弯矩在柱上板带和跨中板带的分配比例和内支座是一样的。又βt=EcbIt/（2EcsIs），βt反映与柱相连板带对板的约束程度。实际情况中，由于现浇混凝土空心盖中板厚的增大，造成与柱相连的板带对板的约束减小，而与柱不相连的板却又近似于无约束状态；无边梁时，端跨板格的边支座负弯矩主要由柱上板带承担，此时，理论分析和计算结果一致。
参考文献：
[1]高连玉.混凝土行业技术创新与产业化[J].房材与应用，2002（3）：26.
[2]初萍.现浇砼空心楼板的试验研究及在工程中的应用[D].大连：大连理工大学，2003.
[3]GBJ130—1990，钢筋混凝土升板结构技术规范[S].
[4]傅学怡.宽扁梁设计建议[J].建筑结构，1999（2）：22-24.
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