本發(fā)明專利涉及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體涉及一種雙向板梁板樓蓋及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

梁板樓蓋是鋼筋混凝土樓蓋最基本形式之一，因?yàn)榭缍却?、抗?cè)移剛度高而被廣泛運(yùn)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中。在現(xiàn)實(shí)情況下，支承梁與樓板澆筑在一起，它們協(xié)同工作、共同承擔(dān)豎向荷載和水平荷載，變形是協(xié)同一致的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)作為整體考慮。

但在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，為了簡(jiǎn)化，通常并不考慮這種協(xié)同工作狀態(tài)，梁、板的設(shè)計(jì)是單獨(dú)進(jìn)行的。計(jì)算板內(nèi)力時(shí)，假設(shè)支承梁抗彎剛度很大，不考慮梁的豎向位移和扭轉(zhuǎn)，梁作為板的不動(dòng)鉸支座；計(jì)算梁內(nèi)力時(shí)，將作用在板上的豎向荷載按三角形或梯形荷載傳遞給支承梁。當(dāng)支承梁抗彎剛度較大時(shí)，這種簡(jiǎn)化假設(shè)是可行的。但當(dāng)支承梁抗彎剛度較小時(shí)，考慮梁板協(xié)同工作和不考慮梁板協(xié)同工作，所得的內(nèi)力和變形有很大的差別，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法偏向保守。

另外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是先根據(jù)規(guī)范或經(jīng)驗(yàn)確定構(gòu)件截面尺寸的：按結(jié)構(gòu)使用功能和跨厚比要求確定樓板厚度，按高跨比和高寬比確定支承梁截面的高度和寬度。這種較為盲目的構(gòu)件截面尺寸確定方法會(huì)使設(shè)計(jì)不夠經(jīng)濟(jì)。

目前，有限元分析方法可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，可以模擬梁板協(xié)同工作的狀態(tài)，但是工作量大，對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目同時(shí)采用此種方法計(jì)算有一定的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的不足，提供了一種雙向板等距支承梁式樓蓋及其設(shè)計(jì)方法，對(duì)目前不考慮梁板協(xié)同作用，按三角形導(dǎo)荷載方式計(jì)算所得支承梁內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整，并基于該內(nèi)力調(diào)整方法進(jìn)行支承梁截面設(shè)計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種雙向板等距支承梁式樓蓋的設(shè)計(jì)方法，其特征在于具體設(shè)計(jì)步驟如下：

1.確定柱距和雙向板板厚，

2.初步選擇板梁剛度比α≈1，確定支承梁截面，

3.通用分析軟件PKPM建模，內(nèi)力計(jì)算，

4.支承梁內(nèi)力調(diào)整，

5.支承梁配筋計(jì)算。

所述步驟2中的板梁剛度比計(jì)算公式為：

其中：E_bI_b、D_s——支承梁和雙向板抗彎剛度；

E_b、E_s——支承梁和雙向板混凝土的彈性模量；

b、h——支承梁截面寬和高，不考慮板的翼緣作用；

b_s、h_s——雙向板截面寬和高，板寬為相鄰兩跨中的間距。

所述步驟4中的支承梁內(nèi)力調(diào)整公式為：

β₁＝-0.3α+1.1

β₂＝-0.15α+0.82

其中：α——板梁剛度比；

β₁、β₂——分別為支承梁梁端和跨中彎矩修正系數(shù)，并且β₁、β₂不大于1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.考慮了支承梁和樓板協(xié)同工作，相比根據(jù)高跨比、高寬比確定支承梁截面尺寸的經(jīng)驗(yàn)做法，可以得到更優(yōu)的支承梁截面，支承梁截面高度較小，從而可以增大室內(nèi)凈高度；

2.室內(nèi)凈高度的增大，在滿足用戶使用舒適度要求的前提下可降低樓層層高，減小工程材料用量；

3.建筑總高度的減小勢(shì)必使建筑總重量減小，降低基礎(chǔ)建造成本，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明等柱距雙向板樓蓋體系整體示意圖

圖2是本發(fā)明等柱距雙向板樓蓋體系結(jié)構(gòu)平面布置圖

圖3是圖2的1-1截面剖面圖

圖4是具體操作步驟的流程圖

圖5是考慮梁板協(xié)同工作時(shí)，樓板表面均布荷載布置圖

圖6是不考慮梁板協(xié)同工作，按三角形導(dǎo)荷載方式傳遞到支承梁上的荷載布置圖

圖7是不同柱距下，支承梁梁端彎矩比、跨中彎矩比與板梁剛度比的關(guān)系圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本雙向板等距支承梁式樓蓋及其設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)施方法做以下說(shuō)明。

如圖1～圖3所示，本雙向板等距支承梁式樓蓋包括：雙向板(1)、支承梁(2)和柱(3)，其特征在于：兩個(gè)方向上柱距相等，只在柱(3)上布置支承梁(2)。

如圖4所示，本雙向板等距支承梁式樓蓋設(shè)計(jì)方法用于設(shè)計(jì)上述樓蓋，其特征在于支承梁(2)具體設(shè)計(jì)步驟如下：

1.確定柱距和雙向板板厚，

2.初步選擇板梁剛度比α≈1，確定支承梁截面，

3.通用分析軟件PKPM建模，內(nèi)力計(jì)算，

4.支承梁內(nèi)力調(diào)整，

5.支承梁配筋計(jì)算。

所述步驟2中的板梁剛度比計(jì)算公式為：

其中：E_bI_b、D_s——支承梁和雙向板抗彎剛度；

E_b、E_s——支承梁和雙向板混凝土的彈性模量；

b、h——支承梁截面寬和高，不考慮板的翼緣作用；

b_s、h_s——雙向板截面寬和高，板寬為相鄰兩跨中的間距。

所述步驟4中的支承梁內(nèi)力調(diào)整公式為：

β₁＝-0.3α+1.1

β₂＝-0.15α+0.82

其中：α——板梁剛度比；

β₁、β₂——分別為支承梁梁端和跨中彎矩修正系數(shù)，并且β₁、β₂不大于1。

該支承梁內(nèi)力調(diào)整公式按如下方式獲得，工程實(shí)際中可直接運(yùn)用，不許重復(fù)建模計(jì)算。

運(yùn)用有限元分析軟件建立上述樓蓋模型，如圖5和圖6所示，調(diào)整雙向板(1)厚度和支承梁(2)跨度、截面尺寸，并按均布荷載和三角形導(dǎo)荷載方式布置樓面荷載，分別計(jì)算考慮梁板協(xié)同工作時(shí)和不考慮梁板協(xié)同工作時(shí)支承梁(2)的內(nèi)力。

如圖7所示，由上述分析得出支承梁(2)在考慮梁板協(xié)同工作時(shí)和不考慮梁板協(xié)同工作時(shí)的內(nèi)力關(guān)系，從而得出，該支承梁(2)內(nèi)力修改公式。

實(shí)施例：

一3×3跨梁板樓蓋，柱網(wǎng)跨度為6m，柱截面尺寸為400mm×400mm，層高4m，因建筑功能要求在樓板各跨不設(shè)次梁。樓板設(shè)計(jì)荷載為10kN/m²(含結(jié)構(gòu)自重)。樓板和支承梁混凝土強(qiáng)度均為C30。

(1)確定柱距和雙向板板厚。根據(jù)建筑的使用功能和跨厚比等因素取板厚為200mm，則雙向板抗彎剛度

(2)初步選擇板梁剛度比α≈1，確定支承梁截面。初定板梁剛度比α≈1，則支承梁截面慣性矩為4×10⁹mm⁴。實(shí)際取支承梁截面為300mm×550mm，板梁剛度比

(3)通用分析軟件PKPM建模，內(nèi)力計(jì)算。支承梁梁端彎矩為M₁＝-119.04kN·m，跨中彎矩為M₂＝60.96kN·m。

(4)支承梁內(nèi)力調(diào)整。

梁端彎矩修正系數(shù)：β₁＝-0.3α+1.1＝-0.3×0.96+1.1＝0.812

跨中彎矩修正系數(shù)：β₂＝-0.15α+0.82＝-0.15×0.96+0.82＝0.676

調(diào)整后梁端彎矩M₁'＝M₁β₁＝-119.04×0.812＝-96.66kN·m

調(diào)整后跨中彎矩M'₂＝M₂β₂＝60.96×0.676＝41.21kN·m

(5)支承梁配筋計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010》對(duì)支承梁進(jìn)行正截面配筋計(jì)算，縱向受拉鋼筋選用HRB335，配筋結(jié)果如下：

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，該發(fā)明方法設(shè)計(jì)的樓蓋的支承梁截面高度明顯降低，達(dá)到了該發(fā)明的目的，同時(shí)也滿足承載力和變形要求，可以正常使用。