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1、结构设计规范中混凝土双向板几个问题的探讨四川建筑科学研究SichuanBuildingScience第37卷第3期2011年6月结构设计规范中混凝土双向板几个问题的探讨姜磊,姚继涛,李桅,赵玉星,信任(1.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;2.山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101)摘要:目前,在楼屋盖结构中,大多数采用双向板.结合工程设计与施工的实际情况以及当前研究的深度,分析探讨了双向板内力计算方法的选用,通过工程中双向板典型实例,利用图表来形象直观地阐释规范中方法的优劣.剖析了混凝土双向板挠度计算中遇到的问题,当前实际工程中存在的简化不合理现象以及弹性法计算挠度
2、值的偏低.依据铁摩辛柯经典弹性理论和工程中的实际要求,探讨了单向板与双向板的划界,并提出了自己的观点.关键词:结构设计规范;钢筋混凝土结构;双向板中图分类号:TU375.2文献标识码:A文章编号:10081933(2011)0308403Discussiononseveralprovisionsofcodefordesignofconcretestructureintwo.wayslabJIANGLei,YAOJitao,LIWei,ZHAOYuxing,XINRen(1.SchoolofCivilEngineering,XianUniversityandTechnology,Xian7100
3、55,China;2.SchoolofCivilEngineering,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China)Abstract:Nowmostofslabsinthefloorbuildingstructuresaretwowayslab.Basedondesignandconstructionpractice,aswellasthecurrentdepthofstudying,theinternalforcecalculationmethodisdiscusseddeeply.Byintroducingthetypicalexampleoft
4、wowayslab,chartsarewellusedtoexplainwhichmethodisthegoodone.Atthesametime,thedeflectionoftwowayslabisalsobeenstudied.Atpresent,thereissomeunreasonablesimplifiedphenomenon.Andthevaluegainedbyflexiblemetheodistoolower.BasedonTimoshenkoclassicalelasticitytheoryandtherequirementinthepracticalengineering
5、,thedividinglineoftwowayslabisalsodiscussed.Finally,somevaluableconclusionsaregained.Keywords:structuraldesigncode;reinforcedconcretestructure;twowayslabO引言钢筋混凝土板是土木工程结构中应用最为广泛的结构构件,钢筋混凝土板的内力计算是土木工程结构设计的基础,国内外的学术界和工程界都给予了重要的关注引,诸多学者,工程师也对其各自的关注点做了许多非常有价值的研究圳,新版的混凝土结构设计规范也增补了相应的规定,但是笔者认为,在规范中关于混凝土双向板
6、的相关条文还存在商榷的必要.1钢筋混凝土双向板内力计算问题的讨论GB500102002混凝土结构设计规范的收稿日期:2009-09-29作者简介:姜磊(1980一),男,山东青岛人,博士研究生,研究方向:钢筋混凝土结构.Email:xijiandal00126.coin5.3.1条做了如下的规定:框架,框架一剪力墙结构以及双向板等,经过弹性分析求得内力后,也可对支座弯矩进行调幅,并确定相应的跨中弯矩.而在随后的第5.3.2条又给出了:承受均布荷载的周边支承的双向矩形板,可采用塑性铰线法或条带法等塑性极限分析法进行承载能力极限状态设计.笔者认为,有了第5.3.2条的规定,完全可以将第5.3.1条
7、中关于双向板弯矩调幅法省去,以免造成工程设计中对弯矩调幅法理解的混乱.同时,也是基于计算机软件的发展和塑性铰线法与条带法研究的深入B的考虑,现在已经证明这两种方法能够满足工程可靠度要求,保证结构安全.对于这方面,湖南大学的沈蒲生教授在其专着中做了专门的介绍引.图1是工程中常见的典型板,以此为算例,利用弹性法和塑性铰线法计算,并做出这两种方法的弯矩系数对比的图形(图2,3).能够清晰地看出,按塑性铰线法计算的弯矩系数均小于按弹性方法计算的相应弯矩系数,尤其在固支边,两者相差还较大,姜磊,等:结构设计规范中混凝土双向板几个问题的探讨85这说明,弹性法的安全储备过大;而塑性铰线法,虽然从理论上讲,按
8、照经典力学,其值为上限值,即为最大承载能力,或说板的承载力要小于等于该值,但实际上由于穹窿作用等有利因素_l.,其计算值应小于其极限值.试验结果得到的板的破坏荷载,都超过按塑性铰线法的计算值,并且证明能够满足建筑结构可靠度的要求.因此,塑性铰线法比弹性法及其不成熟的弯矩调幅法更合理,它更接近于板的实际受力状态.并且,也能很好地体现规范的精神以及与当前国家提倡的建立节约型社会相适应.图1Fig.1妊静钟图2Fig.211.51.8长短边比b/a(c】固支边坞弯矩系数比较固支板弯矩系数j口萋焉(b)跨中2弯矩系数比较Zl41151.8长短边比b/a(d)固支边4弯矩系数比较Momentcoeffi
9、cientofclappedslab日弹性弯矩系数口弹性弯矩系数0?l巅甏0.05静0长短边比6长短越比五(a)跨中M弯矩系数比较(b)跨中弯矩系数比较图3简支板弯矩系数Fig.3Momentcoefficientofsimplysupportedslab2双向板挠度计算问题的讨论在工业与民用建筑中,越来越多地采用现浇钢筋混凝土双向板楼屋盖.其中,板的挠度计算是钢筋混凝土板构件正常使用极限状态设计中的一项重要内容,然而,现行混凝土结构设计规范中却没有双向板挠度计算的明确规定,仅第8.2.1条做了一个构件挠度的规定,但这本质上是个单向受弯挠度的计算.实际上,从3O年前的TJ1074钢筋混凝土结构
10、设计规范,2O年前的GBJ1089混凝土结构设计规范到现在的国家标准GB500102002混凝土结构设计规范都是仅仅给出了钢筋混凝土梁的挠度计算方法,也就是单向受弯构件的挠度计算方法,双向受弯时的挠度计算方法一直是空缺的,这造成了双向板挠度计算的混乱,错误.文献18计算了一个房间的挠度,其工程实例如图4所示.jl【圆衄J璺QQQ上图4层1结构平面及其简化Fig.4Structureplanediagramanditssimplydiagram挠度计算式取为f=gkz/384B=Mk/16B,这是混凝土规范对双向板挠度计算方法规定不明确而造成的非常有代表性的错误.上式的求得,是对板做了两个环节处
11、理的结果:1)认为区格板的边界固定;2)认为荷载沿短跨方向传递.首先,区格板的边界固定,即假设板的边界为固支,而实际上板的边界是复杂的弹性边界.J.其次,认为荷载仅沿短跨方向传递,这是严重的错误,无论是弹性理论还是塑性理论,都做了详细的阐述;并且,混凝土规范也做了明确的规定.依据大量的试验资料(表1),也能证明这篇文章中的挠度计算是不可信的,错误的.试验的结果也反映了挠度的计算值与真实值差别是很大的,弹性法计算的挠度值偏低.而这都是规范规定不明确造成的,应该引起我们对混凝土规范中关于双向板挠度计算的思考以及解决这一问题的紧迫性.表1计算结果比较Table1Comparisonoftheresu
12、lt3钢筋混凝土双向板与单向板划界问题的讨论关于混凝土板划界问题,原来的规范并没有相日罂延86四川建筑科学研究第37卷应的条文规定,但长期以来,许多教科书以及所有的设计手册均以长短边比为2作为划分界限,而现行的GB500102002混凝土结构设计规范对板的计算增补了专门的条文-】.,这可见现在对混凝土板研究的深入与重视.混凝土结构设计规范第10.1.2条规定:当长边与短边之比大于2.0,但小于3.0时,宜按双向板计算;当按沿短边方向受力的单向板计算时,应沿长边方向布置足够多的构造钢筋.但这就出现了一个问题,那就是当长短边之比大于2.0但小于3.0时,是单向板还是双向板,否则会引起设计人员的概念
13、的混乱和设计的错误;并且提到足够多的构造钢筋,何谓足够,都没有明确的标准;这一切都可造成短跨配筋过多而长跨不足,进而出现工程事故.工程师要对自己的设计负责,这些问题不能不认真地考虑,以满足工程的可靠度要求.根据铁摩辛柯经典弹性理论,四边简支板的弯矩系数列入表2(,分别为短跨,长跨方向的弯矩系数).表2四边简支板在均布荷载下的弯矩系数Table2Momentcoefficientofthesimplesupportedslabunderuniformlydistributedloadb/a1.O2.O3.O4.O5.O80.04420.1000.11840.12340.12450.1250旦:!
14、:!:垄竺:竺当按单向板配筋时,其跨中最大弯矩为Mo=1/8qa:0.125qa.当b/a=2时,M=0.1OOqa,由一I/=20%,同时,/(+)=26.9%,显然双向受力明显,不能做单向处理.可以肯定,当b/a=2.01时,依然保持这种性质,那么,也就不能依据规范认为是单向板.当b/a=3时,M=0.1184qa,此时,I一M0【/Mo=5%,符合工程惯例,可以按单向板计算.通过上面的分析,单,双向板划界可以提高到3.0.同时由表2可见,即使在b/a=时,在长边方向的弯矩依然不为零.这说明,板受力的双向性而非单向性,板的单,双向划界仅是相对的,在四边支承条件下完全由一个方向承担荷载的板是
15、不存在的,为此,混凝土结构设计规范第10.1.8条做了相应的规定,这是很有必要的.4结语1)钢筋混凝土双向板塑性铰线法的内力计算结果优于弹性方法,更接近工程中板的实际受力状态,并且,能够满足建筑结构可靠度的要求.2)双向板挠度计算问题是工程中常见问题,当前有许多简化不合理,弹性方法计算的挠度值偏低.3)依据铁摩辛柯经典弹性理论与工程的设计惯例,认为有必要将工程中单,双向板的划界取为3.O.参考文献:1NilsonAH,DarwinD,DolanCW.Designofconcretestructures(13thed)M.Singapore:MeGrawHill,2003.2Shyh-Jiann
16、Hwang,KuanYungChang.DefleetionControlofTwo?wayReinforeedConcreteS1absJ.JournalofStructuralEngineer-ing,1996(2):160168.3R?IanGilbert.TensionStiffeninginLightlyReinforcedConcreteSlabsJ.JournalofStructuralEngineering,2007(7):899-903.4藤智明,朱金铨.混凝土结构及砌体结构:上册M.2版.北京:中国建筑工业出版社,2003.5江见鲸.混凝土结构工程学M.北京:中国建筑工业出
17、版社,1998.6姜磊,赵玉星,赵考重.楼盖结构中不规整连续矩形板弹性计算方法的讨论J.工业建筑(增刊),2007:426-428.7赵玉星,姜磊,赵考重.不规整连续矩形板结构的一种偏于安全的简化计算方法J.工业建筑,2007(12):128130.8庞平,尹新生,孙立,等.钢筋混凝土双向板简化设计方法J.吉林建筑工程学院,2000(4):8-14.9蒋秀根,剧锦三,庄金钊.矩形钢筋混凝土双向板板底塑性弯矩比设计取值研究J.工程力学,2007(8):7788.10GB500102002混凝土结构设计规范s.北京:中国建筑工业出版社,2002.11张静月.按塑性设计钢筋混凝土双向板承载力可靠度探
18、讨J.上海交通大学,1997(7):l44147.12鄢玉英,刘贤明.按塑性理论设计四边支承的双向板J.华东交通大学,2005(5):62-66.13东南大学,天津大学,同济大学.清华大学主审.混凝土结构设计原理M.北京:中国建筑工业出版社,2003.14沈蒲生.楼盖结构设计原理M.北京:科学出版社,2003.15斯图亚特SJ莫易.钢结构与混凝土结构塑性设计方法M.北京:中国建筑工业出版社,1986.16沈聚敏,等.钢筋混凝土有限元与板壳极限分析M.北京:清华大学出版社,1993.17派克R,根勃尔wL.钢筋混凝土板M.黄国桢,成源华,译.上海:同济大学出版社,1992.18苗吉军,刘延春,于素健.某异形柱框架房屋混凝土面层爆裂剥落的鉴定加固J.建筑结构,2006(11):30-32.19张平生.四边建筑钢筋混凝土双向板挠度计算与板厚确定J.西安冶金建筑学院,1991(3):358-365.2O国家基本建设委员会建筑科学研究院.TJ1074钢筋混凝土结构设计规范s.北京:中国建筑工业出版社,1979.21中华人民共和国建设部.GBJl089混凝土结构设计规范S.jB京:中国建筑工业出版社,1989.22铁摩辛柯s,沃诺斯基S.板壳理论M.北京:科学出版社,】977.