1、鋼筋混凝土樓蓋體系的特點(diǎn)及其分析設(shè)計(jì)方法綜述*摘要：本文介紹了混凝土樓板體系的分類原則以及基本類型。介紹了各種現(xiàn)澆混凝土樓蓋體系的應(yīng)用范圍和歷史、組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。還介紹了混凝土樓板體系的常用設(shè)計(jì)計(jì)算方法，再介紹了上述各種樓蓋體系的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程和設(shè)計(jì)計(jì)算的要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：混凝土樓板體系；基本類型；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；發(fā)展歷程；設(shè)計(jì)計(jì)算方法。Summary of Characteristics and the Method of Design and Analysis of Reinforced Concrete Floor System* Abstract: This paper introduc

2、es the principle of classification and the basic types of concrete slab system. It introduces the scope of use, the history, the composition, the structure characteristics and the advantage and disadvantage of cast-in-place concrete floor system. The calculation method used to design concrete floor

3、slab system is also introduced. Then it also introduces the calculation process and the design points of above various floor system developments at home and abroad.Key words: concrete floor slab system; the basic type; structural characteristics; development history; the method of design and calcula

4、tion.1. 引言樓蓋是水平承重結(jié)構(gòu)體系，是多、高層房屋的主要組成部分之一。樓蓋結(jié)構(gòu)通過(guò)將樓面荷載傳遞給豎向承重結(jié)構(gòu)，再由豎向承重結(jié)構(gòu)體系傳遞給基礎(chǔ)，再由基礎(chǔ)傳遞給地基。 對(duì)于樓蓋結(jié)構(gòu)的選型和布置，其合理性在對(duì)建筑的安全使用和經(jīng)濟(jì)性的意義是非常重要的。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，樓蓋結(jié)構(gòu)形式的合理選擇，正確的設(shè)計(jì)方式和方法，由此會(huì)給整個(gè)房屋的使用性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指帶來(lái)的好結(jié)果。 通過(guò)減小混凝土樓蓋的結(jié)構(gòu)高度，就可以降低建筑高度，對(duì)建筑工程的經(jīng)濟(jì)意義很大。對(duì)于30層樓，每層層高減小0.1m，就可以增加一個(gè)樓層。在多、高層建筑中，通過(guò)合理地選擇樓蓋體系，除了改善結(jié)構(gòu)的整體的受力性能

5、，從而保證建筑物的承載力、剛度、耐久性抗震性能等，還可以優(yōu)化整個(gè)工程的造價(jià)體系。主要是基于以下幾個(gè)原因8：（1）在建筑物中，由于層數(shù)多，樓蓋面積大，造價(jià)往往約占總造價(jià)30以上，而隨著層數(shù)的增加，其所占比例也相應(yīng)加大，所以降低樓蓋的造價(jià)直接關(guān)系到整個(gè)工程的總造價(jià)的優(yōu)化。（2）在重量方面，樓蓋結(jié)構(gòu)所占建筑總重的比例也很大。通過(guò)降低樓蓋重量，可大幅度減輕建筑總重，而在抗震設(shè)防地區(qū)，還可減小樓蓋結(jié)構(gòu)體系自身的結(jié)構(gòu)高度，從而減少層高、節(jié)約建筑空間，增加建筑層數(shù)，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)、管線材料及施工機(jī)具的費(fèi)用。因此，對(duì)于多層尤其是高層建筑而言，應(yīng)選擇整體性好、剛度大、質(zhì)量輕、高度小、滿足使用要求并便于施工的樓蓋體

6、系。（3）對(duì)于建筑的隔聲、隔熱和美觀等建筑效果，混凝土樓蓋設(shè)計(jì)對(duì)其有著直接影響。而對(duì)于保證建筑物的承載力、剛度、耐久性以及提高抗風(fēng)、抗震性能等方面，混凝土樓蓋設(shè)計(jì)也有重要的的作用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓蓋是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)內(nèi)容，影響到建筑的使用功能和造價(jià)以及施工的進(jìn)度。在豎向荷載作用下，樓蓋將豎向力傳遞至各支撐構(gòu)件；另外在風(fēng)荷載、地震力等水平力作用下，樓面內(nèi)必須有足夠的剛度，能將水平力傳遞到各豎向抗側(cè)力構(gòu)件上，并與其連接成為整體的空間結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)因較大的變形而發(fā)生整體破壞。樓蓋必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度及良好的延性。2. 混凝土樓蓋體系的分類2.1按結(jié)構(gòu)形式分類現(xiàn)澆整體式樓蓋是由梁和板組成的超靜定

7、結(jié)構(gòu)，按計(jì)算方法可以分為：?jiǎn)蜗虬謇吡簶巧w和雙向板肋梁樓蓋（圖2.1a,b）。在樓蓋平面中，通過(guò)用縱橫兩向布置的梁，將樓蓋分隔成多個(gè)區(qū)格，當(dāng)這些區(qū)格的平面比較狹長(zhǎng)，長(zhǎng)邊與短邊之比大于2時(shí)，板上荷載的95以上是沿板的短跨方向傳遞，這樣受力的板是單向板，這樣的樓蓋則稱作單向板肋梁樓蓋；當(dāng)區(qū)格平面兩方向的尺寸比較接近，板的邊長(zhǎng)比在0.52范圍內(nèi)時(shí)，豎向荷載將會(huì)同時(shí)向兩個(gè)方向的板邊傳遞，這樣受力的板是雙向板，樓蓋被稱作雙向板肋梁樓蓋。 雙向板肋梁樓蓋按樓蓋梁系布置及受力特點(diǎn)又可分為普通雙向板肋梁樓蓋和井式樓蓋兩類（圖2.1c,d）。普通雙向板肋梁樓蓋的支承梁通常是支承在柱子上，板面荷載由兩個(gè)方向傳給梁后

8、，再由梁直接傳給柱子；井式樓蓋的支承梁相互交接但無(wú)主次梁之分，這些梁具有相同的截面尺寸，且與其它肋梁樓蓋相比，在同等條件下梁的截面高度要小，這些梁相互協(xié)同工作，承受板傳來(lái)的荷載，并將荷載沿兩個(gè)方向傳到周邊支承墻上或剛度更大的梁上。由于小梁梁格組成四邊支承雙向受彎結(jié)構(gòu)體系，梁相交諸點(diǎn)的撓度形成一個(gè)碗狀彎曲面，整個(gè)樓蓋似一塊很大的雙向板。鋼筋混凝土現(xiàn)澆雙向密肋樓蓋（圖2.1e）由于減少了樓板的混凝土量，樓板自重大為降低。圖2.1 樓蓋的結(jié)構(gòu)類型(a) 單向板肋梁樓蓋；(b) 雙向板肋梁樓蓋；(c) 井式樓蓋；(d) 密肋樓蓋；(e) 無(wú)梁樓蓋2.2 各類樓蓋體系的組成特點(diǎn)2.2.1單向板肋梁樓蓋

9、單向板肋梁樓蓋的組成，主要由板、次梁和主梁組成。而對(duì)于樓蓋，則支承在柱、墻等一類豎向承重構(gòu)建上。其中板的跨度由次梁的間距決定；而次梁的跨度取決于主梁的間距；對(duì)于主梁的間距則取決于柱或強(qiáng)的間距。 單向板肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)的平面布置方案通常有以下三種14：（1）主梁橫向布置，次梁縱向布置（圖2.2a）。優(yōu)點(diǎn)是由主梁和柱形成的橫向框架，橫向抗側(cè)移剛度大，各榀橫向框架間由縱向的次梁相連，房屋的整體性較好。此外，由于外墻處僅設(shè)次梁，是的窗戶能獲得較大的高度，從而有利于采光和通風(fēng)。 （2）主梁縱向布置，次梁橫向布置（圖2.2b）。在橫向柱距比縱向柱距大得多的情況下很適合應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)在于減小了主梁的高度，增加了室

10、內(nèi)凈高，能取的不錯(cuò)的建筑效果。（3）只布置次梁，不設(shè)主梁（圖2.2c）。這種布置只適合中間有走道的磚混結(jié)構(gòu)的房屋。圖2.2 單向板密肋樓蓋的幾種梁的布置方式 2.2.2雙向板肋梁樓蓋鋼筋混凝土雙向密肋樓蓋由于兩向帶肋，肋間距較小，因此不但受力性能好，而且剛度大，整體性好，變形小，結(jié)構(gòu)自身高度小，材料省，自重輕，經(jīng)濟(jì)性好，特別適合于在跨度較大的多層和高層建筑樓蓋中采用。但是，雙向密肋樓蓋由于其計(jì)算復(fù)雜以及受模板問(wèn)題的制約，并沒(méi)有得到很好地推廣應(yīng)用。朱建華(2005)與某公司合作，開(kāi)發(fā)了雙向密肋夾心樓蓋。通過(guò)利用輕質(zhì)夾心砌塊作胎模，從而可以減少模板及混凝土用量，加快施工進(jìn)度。使用時(shí)，該夾心砌塊保留

11、在樓蓋中，與雙向密肋樓蓋一起形成一種新的雙向密肋夾心樓蓋，既保持了板的底面平整，省去了吊頂，又增加了樓蓋的保溫、隔熱、隔聲效果4。 2.2.3井式樓蓋鋼筋混凝土井式梁樓蓋結(jié)構(gòu)是由交叉梁格和雙向板組成，整個(gè)樓蓋像一塊雙向帶肋的大型樓板。在梁的兩個(gè)方向截面高度通常相等，沒(méi)有主、次梁之分，共同承擔(dān)樓面荷載，是一種雙向受力的空間結(jié)構(gòu)體系。如圖所示為幾種常見(jiàn)的井式樓蓋形式（圖2.32.6）15。其主要優(yōu)點(diǎn)如下15：（1）梁的交叉節(jié)點(diǎn)處可不設(shè)柱，可以形成較大的使用空間，能很好的滿足建筑上的要求；（2）井式樓蓋沒(méi)有主次梁之分，梁的相互協(xié)調(diào)共同“工作”得到了充分的利用，故結(jié)構(gòu)受力比較合理；（3）節(jié)省材料，造價(jià)

12、較低；（4）外形美觀。 圖2.3 矩形正交 圖2.4 矩形斜交 圖2.5菱形斜交 圖2.6圓形正交鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋按照網(wǎng)格的布置方式，空腹網(wǎng)架與空腹夾層板通常有正交正放、正交斜放、三向相交幾種型式，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的鋼筋混凝土空腹夾層板的網(wǎng)格布置就是正交正放式。如果采用正交斜放或三向相交的形式，并且把下肋抽空，就得到了兩種新的結(jié)構(gòu)型式，此時(shí)它們具有含上、下肋的主網(wǎng)格，也有只含上肋的次網(wǎng)格，如同主次梁結(jié)構(gòu)中的主梁和次梁，因此稱為“鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)”。按照網(wǎng)格布置方式不同，鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)有正交斜放下肋抽空型和蜂窩型兩種型式5。鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)繼承了鋼筋混凝土空

13、腹夾層板結(jié)構(gòu)的許多優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)高度比常規(guī)梁板式結(jié)構(gòu)高度小，因而可以節(jié)約層高；管線設(shè)備可以直接穿越其空腹部分而無(wú)需另設(shè)設(shè)備及吊頂；以用于大柱網(wǎng)、大開(kāi)間，對(duì)建筑空間的靈活布置和使用極為有利。同時(shí)，它也使得建筑物室內(nèi)造型更加新穎、美觀，極好地滿足現(xiàn)代建筑時(shí)尚、特別的要求，相信鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)會(huì)在實(shí)際工程，尤其是較大跨度和空間的公共建筑中會(huì)得到廣泛應(yīng)用5。 圖2.7蜂窩型鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上、下肋平面 2.2.4 混凝土空心樓蓋由于建筑對(duì)層高、大空間、靈活隔斷以及抗震等提出了更高的需求，研究新的技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系就顯得非常必要。現(xiàn)澆混凝土空心樓板以其自重輕、

14、剛度好、可充分利用層高等特點(diǎn)極大提高了建筑應(yīng)用的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)澆混凝土空心樓板是指在現(xiàn)澆混凝土樓板中埋入預(yù)制空心管（圖2.8），然后將混凝土與空心管澆筑為一體，從而形成類似若干小工字梁的現(xiàn)澆混凝土多孔空心板或以密肋形式受力的現(xiàn)澆混凝土空心板。現(xiàn)澆空心樓蓋的跨度和荷載較大時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力對(duì)于控制裂縫和增加承載力比較有效11。 圖2.8 空心板結(jié)構(gòu)示意圖 2.2.5鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力疊合板樓蓋疊合結(jié)構(gòu)是將預(yù)制工藝和現(xiàn)澆工藝結(jié)合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)形式，而預(yù)應(yīng)力混凝土疊合結(jié)構(gòu)則是在預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件之上澆筑一層鋼筋混凝土，形成一個(gè)半裝配式結(jié)構(gòu)形式。主要有預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板及預(yù)應(yīng)力混凝土疊合梁這兩種結(jié)構(gòu)

15、形式。預(yù)應(yīng)力混凝土疊合板是在預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土薄板上后澆一層鋼筋混凝土疊合層形成的一種樓板結(jié)構(gòu)形式（圖2.9）。鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力疊合板樓蓋的主要特點(diǎn)：（1） 綜合了現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的整體性，抗震性能優(yōu)越，（2）可以縮短工期、節(jié)約材料混凝土疊合樓板的主要受力構(gòu)件是在工廠預(yù)制，機(jī)械化程度高，專業(yè)技術(shù)熟練，構(gòu)件質(zhì)量好。（3）預(yù)制構(gòu)件的模板可重復(fù)使用，節(jié)約三材，并可以縮短工期。（4）預(yù)制構(gòu)件可采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，減少鋼材用量，并且可配合各截面受力情況，采用不同強(qiáng)度的材料。圖2.9 混凝土預(yù)應(yīng)力疊合板樓蓋結(jié)構(gòu)示意圖通過(guò)一定的構(gòu)造措施，可以保證新舊混凝土的共同工作。另外

16、這種結(jié)構(gòu)還存在著節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，施工工序較多的問(wèn)題，不過(guò)相較于這種構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)，我們相信這種構(gòu)件的使用必將會(huì)成為國(guó)際上一個(gè)大的趨勢(shì)。圖2.10混凝土空心疊合板截面圖 圖2.11鋼一混凝土組合樓蓋圖 圖2.12鋼一混凝土疊合樓板剖面疊合結(jié)構(gòu)在國(guó)外發(fā)展的概況12：20世紀(jì)20年代,國(guó)外就開(kāi)始在橋梁上應(yīng)用混凝土疊合結(jié)構(gòu)。40年代開(kāi)始在房屋建筑上應(yīng)用。50年代在較大型建筑上取得較大發(fā)展。波蘭采用DMSZ疊合樓板，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。英國(guó)混凝土有限公司制作了“比藏”式預(yù)應(yīng)力板和MyKo樓面。60年代初蘇聯(lián)采用取消溝槽，靠人工粗糙面提供粘結(jié)力和摩擦力的樓蓋，試驗(yàn)證明是可靠的，并且這種構(gòu)件成功的應(yīng)用于抗震結(jié)構(gòu)

17、中。70年代法國(guó)和西德通過(guò)在新舊混凝土之間配置抗剪力鋼筋，來(lái)保證疊合結(jié)構(gòu)共同工作。圖2.13 國(guó)外幾種常見(jiàn)混凝土疊合式構(gòu)件的截面形式圖2.14 “比藏”式裝配一整體式樓蓋疊合結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的概況12：1957年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力棒、預(yù)應(yīng)力薄板和雙層空心板等裝配整體式構(gòu)件。1958年預(yù)應(yīng)力疊合式吊車(chē)梁在國(guó)內(nèi)得到積極推廣。1959年原國(guó)家一機(jī)部一院編制了預(yù)應(yīng)力混凝土疊合梁圖集，推動(dòng)了疊合結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用。1961年研制出一種裝配整體式密肋樓板，這種樓板自重輕而且節(jié)約材料，是一種較好的樓面形式。1965年清華大學(xué)教授過(guò)鎮(zhèn)海率先開(kāi)始研究疊合梁的受力性能和設(shè)計(jì)方法。北京民族飯店和北京民航局辦公大樓是

18、國(guó)內(nèi)首次采用混凝土疊合式裝配整體結(jié)構(gòu)的高層建筑。1962年到七十年代末共設(shè)計(jì)了40多個(gè)裝配整體式多層工業(yè)廠房。70年代我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁與現(xiàn)澆板相結(jié)合的混凝土疊合式屋面得到發(fā)展，先后在天津、浙江等地建造了一批這種結(jié)構(gòu)的房屋，經(jīng)濟(jì)效果良好。1972年遼寧工業(yè)設(shè)計(jì)院首創(chuàng)采用了裝配整體混凝土疊合式結(jié)構(gòu)，并取得了完全成功。1975年浙江省標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)站出版了預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制小梁與現(xiàn)澆板疊合的屋面圖集(浙G103.103-1)。1977年國(guó)家建委建筑科學(xué)研究院與無(wú)錫市建筑構(gòu)件試驗(yàn)成功用冷拔低碳鋼絞線生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力疊合式梁板，通過(guò)擴(kuò)大了鋼材品種增加了結(jié)構(gòu)形式種類。90年代這種結(jié)構(gòu)體系發(fā)展成為高效預(yù)應(yīng)力混凝土疊

19、合結(jié)構(gòu)。 2.2.6 無(wú)梁樓蓋無(wú)梁樓蓋按柱距之比可以分為單向板無(wú)梁樓蓋及雙向板無(wú)梁樓蓋。 當(dāng)樓蓋板 格長(zhǎng)邊和短邊之比大于3 時(shí)，稱為單向板無(wú)梁樓蓋；當(dāng)板格長(zhǎng)邊與短邊之比小于等于3時(shí)，稱為雙向板無(wú)梁樓蓋。 由于平面布置的要求，無(wú)梁樓蓋的柱網(wǎng)一般接 近正方形，常遇的均為雙向板無(wú)梁樓蓋。雙向板無(wú)梁樓蓋一般包括以下四種形式：（1）帶柱帽的無(wú)梁樓蓋。（2）平板無(wú)梁樓蓋，它的組成僅包括柱及平板。（3）僅在柱上有梁的雙向板樓蓋， 簡(jiǎn)稱雙向板樓蓋。（4）雙向密肋格形無(wú)梁樓蓋。圖2.15 帶柱帽的無(wú)梁樓蓋 圖2.16 不帶柱帽的無(wú)梁樓蓋 圖2.17 僅在柱上有梁的雙向板樓蓋 圖2.18 雙向密肋格形無(wú)梁樓蓋3鋼

20、筋混凝土樓蓋體系的分析設(shè)計(jì)方法3.1 設(shè)計(jì)方法總述在建筑結(jié)構(gòu)中，樓板的計(jì)算方法主要有兩種：即板理論和梁理論，通常對(duì)單向板按梁理論分析而雙向板按板理論分析，兩種方法共同的特點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，并且可直接利用有關(guān)設(shè)計(jì)圖表或計(jì)算手冊(cè)。要使樓板滿足承載力、撓度、裂縫等設(shè)計(jì)要求，通常會(huì)采用下列技術(shù)方法減小樓板厚度和減少混凝土用量：（1）在滿足建筑功能要求下，將樓板布置成雙向板。（2）用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，對(duì)樓板施加預(yù)應(yīng)力。（3）減輕樓板自身的單位面積重量的方法：一種是采用輕骨料混凝土；另一種是將樓板空心化。（4）變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，挖掘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中未充分考慮的潛力，將承受豎向荷載的樓板視作三維結(jié)構(gòu)，也就是考慮樓板的薄膜效

21、應(yīng)。對(duì)于復(fù)雜荷載下的板，如不對(duì)稱的集中荷載和線荷載共同作用，以上方法就難以解決。比較好的方法是有限元法。黃勇，馬克儉（2000）根據(jù)剛度等效的原則，將板等代為兩向正交的交叉梁系，同時(shí)，在等效的小網(wǎng)格內(nèi)，將荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)集中荷載，這樣即可利用現(xiàn)有軟件對(duì)板進(jìn)行分析計(jì)算。主要設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程如下9：（1）將板等效為正交的梁系在兩個(gè)跨度方向的網(wǎng)格數(shù)均不少于5，網(wǎng)格愈密，精度愈高。其次，板與密肋梁剛度相等；（2）在小網(wǎng)格內(nèi)，可將荷載全部轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)集中荷載。圖3.1 板等效為正交的梁系雙向密肋樓蓋的內(nèi)力與變形可用彈性薄板法、擬板法和網(wǎng)格梁法、等剛度法和有限元法4。等代框架法將三維樓板系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一系列縱向和橫向

22、各自對(duì)立的二維框架，每榀框架由一列等效柱或支座和板帶梁構(gòu)成，可作為一個(gè)整體來(lái)分析和進(jìn)行板帶的截面設(shè)計(jì)。采用等代框架法分析設(shè)計(jì)樓板的基本步驟為：(1)確定荷載傳遞路徑，形成設(shè)計(jì)板帶；(2)形成等代框架；(3)按線彈性法分析等代框架內(nèi)力和變形；(4)按有關(guān)規(guī)范規(guī)程進(jìn)行等代框架設(shè)計(jì)；(5)等代框架構(gòu)造設(shè)計(jì)。黃奎生等(2003)認(rèn)為適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，等代框架法也能用于豎向荷載作用下的非規(guī)則樓板分析設(shè)計(jì)中1。卞兆明（2008）采用先分塊再組裝，根據(jù)薄板理論和邊界協(xié)調(diào)方程，分析推導(dǎo)出L形板的解析解，其計(jì)算結(jié)果與有限元比較吻合，認(rèn)為可以作為數(shù)值解校核的依據(jù)或在工程設(shè)計(jì)中直接采用2。沈麗萍等（2005）通過(guò)鋼筋

23、混凝土雙向密肋樓蓋在均布荷載作用下的試驗(yàn)，得出鋼筋混凝土雙向密肋樓蓋在均布荷載作用下。其極限平衡荷載理論計(jì)算值與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果十分相近。樓蓋中心最大撓度理論計(jì)算值也滿足正常使用極限狀態(tài)的要求3。3.2單向板肋梁樓蓋的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述鋼筋混凝土主次粱樓板體系中的主粱、次粱一般均視為樓板無(wú)豎向變形的不動(dòng)座，從而將整塊樓板(以主粱為支承)分割成多個(gè)以主梁、次梁為支承的相互連接的四邊固支的小區(qū)格，于是樓板的設(shè)計(jì)相應(yīng)分解為這些小區(qū)格單獨(dú)進(jìn)行。豎向荷載作用下以主粱支承的整塊樓板，其變形雖然與次粱支承作用密切相關(guān)，仍具有定的整體性。若將整塊樓板簡(jiǎn)單分解為多塊小區(qū)格單獨(dú)工作，則樓板的受力和變形與實(shí)際情況存在較大的誤

24、差，甚至?xí)绊憳前宓陌踩浴?shí)際上，主次粱樓板體系中，主梁、次粱與樓板之間是相互作用的整體，彼此之間密切聯(lián)系，共同受力與變形7。3.3 雙向板肋梁樓蓋的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述4Timoshenko最早在其專著中提出用各向異性板理論求解密肋樓蓋的內(nèi)力。對(duì)于雙向密肋樓蓋的極限承載力的計(jì)算，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍采用屈服線理論(極限平衡法)進(jìn)行分析求解。歐進(jìn)萍等（1985）提出了一種分析雙向密肋板的整個(gè)非線性變形過(guò)程的混合矩形積層單元法，并編制了計(jì)算機(jī)程序。天津大學(xué)（1992起）出了“梁一板”有限元計(jì)算模型將樓板離散為多個(gè)空間板單元，肋梁離散為多個(gè)空間梁?jiǎn)卧詷前搴屠吡旱膶?shí)際中心線位置為兩條基線，上基線為板單元形心

25、，下基線為梁?jiǎn)卧涡模鍐卧c梁?jiǎn)卧脛傂孕≈B接。李培林等（1993）采用專用的網(wǎng)格梁計(jì)算程序通過(guò)電子計(jì)算機(jī)的大量計(jì)算，編制了各類雙向密肋樓蓋在不同周邊支承條件下的計(jì)算圖表。劉群等（1997）將雙向密肋樓盞按剛度等效成正交各向異性板，用板的計(jì)算公式可方便地得出肋梁中的內(nèi)力和密肋板的撓度。丁圣果等（1999）考慮到梁板協(xié)同工作，提出以十字交叉梁系桿元及矩形四節(jié)點(diǎn)板元共同集成總剛計(jì)算肋形樓蓋的直接剛度法。陳波等（1999）提出將密肋板的肋連續(xù)化為實(shí)體板，同實(shí)際的上層板組成能共同工作的雙層板，并利用十六節(jié)點(diǎn)四十自由度相對(duì)位移板殼單元，構(gòu)造了考慮橫向剪切變形的等效單層板殼單元。3.4 井式肋梁樓蓋的

26、設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)述 Magura 和 Corley（1971），Ajukiewcz 和 Kliszcswica（1986）做了一些足尺模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究17。Timoshenko 和 Woinowsky（1959），Bares 和 Massonnet（1966），Cusen 和 Pama（1975）先后將應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)理論的正交各向異性理論應(yīng)用到鋼筋混凝土井式梁的分析過(guò)程中，其各個(gè)階段鋼筋混凝土梁截面的剛度特性必須確定18。1989年同濟(jì)大學(xué)做了兩個(gè)井式梁樓蓋的試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出，按彈性分析井式樓蓋僅在荷載很小時(shí)與實(shí)測(cè)結(jié)果接近。 而按三折線彈塑性分析則與實(shí)測(cè)結(jié)果的全過(guò)程符合的較好。3.5混凝土空心樓蓋的設(shè)計(jì)

27、方法簡(jiǎn)述空心化不但可以減輕樓板自重；而且從力學(xué)角度來(lái)考慮，空心樓蓋也是一種受力合理的結(jié)構(gòu)類型所以，空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)在國(guó)內(nèi)樓蓋設(shè)計(jì)中被的廣泛采用。目前應(yīng)用中最大的薄弱環(huán)節(jié)是現(xiàn)澆空心樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)的內(nèi)力分析。根據(jù)支承條件以及荷載狀況的不同，目前采用的計(jì)算方法有：彈性有限元法、擬梁法、直接設(shè)計(jì)法(彎矩系數(shù)法)、等代框架法等。加上考慮風(fēng)荷載、地震等水平作用的復(fù)雜受力狀態(tài)，板的內(nèi)力分析相對(duì)復(fù)雜，雖現(xiàn)階段存在計(jì)算軟件配套不夠的問(wèn)題。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析所得的內(nèi)力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和配筋構(gòu)造的方法也不夠統(tǒng)一。尤其對(duì)于采用筒芯方式的空心樓蓋還存在受力方向性的問(wèn)題，包括抗彎承載力及抗剪承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算及配筋構(gòu)造措施等。國(guó)內(nèi)對(duì)于這

28、方面的研究及試驗(yàn)探討甚多，但結(jié)論各異，尚未形成比較成熟的設(shè)計(jì)方法11。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用如下模型：（1）單向板空心管沿一個(gè)方向鋪設(shè)，可折算成工字形截面的梁，受力明確，計(jì)算簡(jiǎn)單；（2）雙向板空心管沿一個(gè)方向鋪設(shè)在沿空心管方向可折算成工字形截面的梁，在垂直空心管方向?yàn)殚_(kāi)有洞口的空腹梁10。現(xiàn)階段現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在一定程度上仍延續(xù)了早期的實(shí)心板無(wú)梁樓蓋的設(shè)計(jì)思想。由于計(jì)算手段等技術(shù)條件的限制，早期的無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際上采用的是梁式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，即將板劃分成柱上板帶、柱間板帶，按柱間主、次梁的計(jì)算內(nèi)力，并進(jìn)行配筋和構(gòu)造。對(duì)于空心板無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段在一些設(shè)計(jì)中著重強(qiáng)調(diào)柱間實(shí)心板帶和空

29、心板之間剛度的差異，也將現(xiàn)澆空心樓蓋結(jié)構(gòu)按梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算和配筋11。Huff最早提出了擬夾層板法。由于考慮夾心層的剪切變形，計(jì)算精度較普通擬板法高，其配筋構(gòu)造圖如下(圖3.2)。圖3.2 壁箱體現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋配筋構(gòu)造圖主要計(jì)算過(guò)程如下：（1）引入基本假設(shè)和計(jì)算模型 a采用Huff夾層板理論的基本假定； b計(jì)算模型確定（圖3.3）。 圖3.3擬夾層板法計(jì)算模型（2）確定上、下面板的等代剛度即薄板的剛度矩陣 分析夾層的板與殼時(shí)，大都把夾心當(dāng)作連續(xù)材料來(lái)處理。一般來(lái)說(shuō)，只要夾心構(gòu)造尺寸比夾層的板或殼的最小寬度小很多時(shí)，那么這種處理是合理的。（3）建立基本方程（4）建立和求解有限元列式 a位移函

30、數(shù) b幾何條件 c物理?xiàng)l件 d剛度矩陣空心板樓蓋體系的離散化的有限元分析。有限元法通過(guò)對(duì)連續(xù)體進(jìn)行離散化處理，利用各種類型的計(jì)算單元模擬復(fù)雜平面形式及邊界條件的結(jié)構(gòu)，在分析計(jì)算方面，具有快速、高效、計(jì)算精度高的優(yōu)點(diǎn)11。 (a)實(shí)體模型 (b)網(wǎng)格劃分圖3.4密肋樓蓋實(shí)體模型(a)及網(wǎng)格劃分(b)圖3.5板、柱節(jié)點(diǎn)有限元細(xì)分模型3.6 鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述有限元分析方法，即將結(jié)構(gòu)離散為：板殼單元、空間桿單元，分別建立單元?jiǎng)偠染仃嚕梦灰茀f(xié)調(diào)原理，建立總剛度矩陣及荷載列陣，求解方程組，得到位移和內(nèi)力的有限元收斂解。李莉等（2008）結(jié)合軟件TAT，提出雙重網(wǎng)格梁法。對(duì)于鋼筋混凝土雙

31、重網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可以類似地把其看成帶有交叉實(shí)腹梁的雙重網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。把空腹肋視為大梁，把單獨(dú)的上肋視為小梁，整體形成相互交叉成網(wǎng)格狀的主次梁結(jié)構(gòu)，稱為“雙重網(wǎng)格梁” 6。采用雙重網(wǎng)格梁法計(jì)算鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的具體步驟歸納如下6：(1)將混凝土剛度進(jìn)行折減，折減系數(shù)為=0.65。以考慮混凝土的收縮及徐變對(duì)剛度的影響。(2)忽略上部薄板的剛度，利用折算抗彎剛度等效原理，將空腹梁折算成實(shí)腹梁。(3)組成得到雙重網(wǎng)格梁，利用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件求解交叉節(jié)點(diǎn)處的位移與內(nèi)力。(4)直接用內(nèi)力值對(duì)上肋進(jìn)行配筋。(5)考慮板對(duì)上肋分布荷載的影響及15左右的剪切變形對(duì)空腹梁上、下肋的正、負(fù)局部彎矩的影響，除考慮增大系數(shù)n

32、外，空腹粱的上、下肋配筋必須是上、下表皮對(duì)稱布置。3.7 無(wú)梁樓蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法簡(jiǎn)述Turner（1906）在世界上首次了設(shè)計(jì)無(wú)梁樓蓋，并提出混凝土板內(nèi)薄膜效應(yīng)的有利影響。NIEHOLS（1914）提出了極限分析法，運(yùn)用極限分析法可以正確計(jì)算無(wú)梁樓蓋的總彎矩。成為了美國(guó)混凝土規(guī)范（ACI318）的重要理論來(lái)源19。Westergaard 和Slater（1921）運(yùn)用半彈性原理解決了總彎矩在正負(fù)彎矩截面上及截面間的分布問(wèn)題20。美國(guó)伊利諾伊大學(xué)（1956）通過(guò)對(duì)5塊 1/4 比例的多板格鋼筋混凝土樓蓋進(jìn)行了試驗(yàn)研究，影響了1977 年 ACI規(guī)范建議的無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)方法21。波特蘭水泥協(xié)會(huì)通過(guò)對(duì)

33、一塊9區(qū) 3/4 比例的無(wú)梁 平板樓蓋模型進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究結(jié)果對(duì)直接設(shè)計(jì)法和等代框架法兩種板柱體系計(jì)算方法提供了至關(guān)重要的理 論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。Corley（1961）提出等效框架的概念，根據(jù)這種方法得到無(wú)梁樓蓋和柱子的內(nèi)力。這也標(biāo)志著等效框架法的出現(xiàn)，Corley和Jirsa在創(chuàng)立等效框架法的研究中付出了大量的努力22。Y.H.LUO（1995）提出一種等代梁模型，并通過(guò)分別研究對(duì)內(nèi)和對(duì)外連接，使板的等效板寬、板有效剛度等問(wèn)題得到了合理的處理，而在電腦上的可編程性，比其他模型擁有了不可比擬的優(yōu)勢(shì)。并最終取代原有規(guī)范成為新規(guī)范 ACI318-02中對(duì)無(wú)梁樓蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)模型23。Tho

34、mas（2004）通過(guò)模擬地震的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)兩個(gè)無(wú)梁平板結(jié)構(gòu)模型（抗剪鋼筋配置對(duì)比）進(jìn)行研究，通過(guò)兩組模型在試驗(yàn)中的不同表現(xiàn)來(lái)研究無(wú)梁樓蓋的抗沖切破壞性能。美國(guó)混凝土規(guī)范 ACI318-05的有效數(shù)據(jù)來(lái)源之一便是Thomas的該研究成果16。 4 總結(jié)本文首先對(duì)混凝土樓蓋進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，第二部分詳述了對(duì)混凝土樓蓋的分類準(zhǔn)則以及具體分類，第三部分分析了各種樓蓋體系的分析計(jì)算方法在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程。通過(guò)總結(jié)，得知了混凝土樓蓋體系設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性和重要性，對(duì)這個(gè)問(wèn)題研究的逐步深入，對(duì)建筑物的安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性具有十分重大的意義。混凝土樓蓋體系的分類和特點(diǎn)： （1）單向板肋梁樓蓋具有梁、柱布置簡(jiǎn)

35、單，傳力簡(jiǎn)單明確。一般用梁理論計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。 （2）雙向板肋梁樓蓋充分考慮了板的受力。一般用各向異性板理論計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。 （3）井式樓蓋是一種雙向受力的空間結(jié)構(gòu)體系。由于使充分利用了梁的相互協(xié)調(diào)共同“工 作”，使得結(jié)構(gòu)的受力合理。一般用正交各向異性理論計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。 （4）現(xiàn)澆混凝土空心樓板具有自重輕、剛度好、可充分利用層高等特點(diǎn)。一般采用彈性 有限元法、擬梁法、直接設(shè)計(jì)法、等代框架法等計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。 （5）預(yù)應(yīng)力混凝土疊合樓蓋良好的整體性，抗震性能優(yōu)越，工期短，能很好的適應(yīng)工廠 化生產(chǎn)。一般用正交各向異性理論計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。 （6）無(wú)梁樓蓋能獲得良好的建筑效果。一般通過(guò)等代梁模型計(jì)算結(jié)構(gòu)受力。

36、 混凝土樓蓋的形式的開(kāi)發(fā)，往往能帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，還能在日益追求生活質(zhì)量的社會(huì)給人們帶來(lái)更多的視覺(jué)效果和體驗(yàn)效果。新的樓蓋體系的應(yīng)用不僅需要很多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作支撐，而且實(shí)際工程的應(yīng)用也是必不可少的。國(guó)家和社會(huì)應(yīng)該積極的推動(dòng)新型樓蓋體系的推廣以獲得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)1黃奎生, 趙勇. 等代框架法在非規(guī)則樓板分析中的應(yīng)用J. 結(jié)構(gòu)工程師, 2003, (z1):23-27. 2卞兆明. 鋼筋混凝土L形樓蓋結(jié)構(gòu)受力分析及設(shè)計(jì)方法的研究D. 河海大學(xué), 2008.3沈麗萍, 牛彥, 王彥清等.鋼筋混凝土雙向密肋樓蓋的試驗(yàn)研究J. 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005.4朱建華. 鋼筋混凝土雙向密肋夾

37、心樓蓋的試驗(yàn)與理論研究D. 湖南大學(xué), 2002.5李莉, 田子?xùn)|. 鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)的研究J. 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008.6李莉, 盧亞琴. 鋼筋混凝土雙重網(wǎng)格樓蓋結(jié)構(gòu)實(shí)用分析方法的研究J. 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008.7藍(lán)宗建, 王志遠(yuǎn), 紅莉等. 鋼筋混凝土主次梁樓板體系中樓板的合理設(shè)計(jì)方法(上)J. 建筑科學(xué), 2002.8周艷. 混凝土框架結(jié)構(gòu)多種樓蓋結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)性比較J. 工程建設(shè)與計(jì)算, 2013. 9黃勇, 馬克儉. 樓板在復(fù)雜荷載下的簡(jiǎn)捷計(jì)算方法J. 貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009.10段紅波, 顏娟. 現(xiàn)澆混凝土空心樓板的設(shè)計(jì)與施工J. 建筑技術(shù), 2004.11周慶. 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋的內(nèi)力分析和設(shè)計(jì)方法的研究D. 湖南大學(xué), 2006.