现浇空心楼盖抗剪性研究

吴振兴，罗兆辉，刘东明

(1.天津城市建设学院土木工程系，天津300384;2.中国储备粮管理总公司，北京100044)

现浇混凝土空心楼盖因其具有自重轻，地震作用力小，可以更好的满足大空间和自由间隔的要求，是一种全新的现浇结构体系，是我国结构领域的一大创新，具有巨大的社会经济价值［1]。近些年大量的学者和科研机构都对现浇空心楼盖进行了深入的研究，但这些研究主要是针对其抗弯性能，但对其受剪性能的研究就显得有些不足，对于现浇空心楼盖的受剪没有足够的认识。本文通过对混凝土结构设计规范、现浇混凝土空心楼盖结构技术规程和实验结论的研究，进行对比分析，并对《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》中的公式进行了改进。

1 空心楼板抗剪性分析

在《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》中对于不配置受力箍筋的现浇混凝土边支撑楼板，受剪承载力的规定为

式中V—宽度(bw+D)范围内的剪力设计值;βv—受剪计算系数，对顺管方向取1.3，对横管方向取0.6;ft—混凝土轴心抗拉强度设计值;bw—顺管肋宽;D—筒芯外径;h0—楼板截面有效高度;Vp—预应力空心板受剪承载力设计值。

从《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》的规定中可以看出，对于现浇空心楼盖的抗剪设计，主要考虑混凝土的受剪能力和预应力所提高的受剪承载力，对箍筋的作用却没有考虑，并且在规程受剪计算中并没有将横肋板和顺肋板的计算区分开，这将会导致计算结果与实际情况有较大出入。

在《混凝土结构设计规范》中，对于受弯构件的受剪承载力规定:矩形、T形和I形截面的一般受弯构件，当仅配置箍筋时，其截面的受剪承载力应满足。

式中V—构造斜截面上的最大剪力设计值;Vcs—构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值;Vp—预加力提高的构件受剪承载力设计值;Asv—配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面积。

在王巍所做的试验及结果中我们可以看到，在做受剪试验的过程中，顺孔板所表现出的破坏形态非常接近于一般的梁，其不同于一般梁的地方就是截面不是矩形，而没有设置横肋的横孔板的破坏则主要表现为纵肋上出现的裂缝过宽，导致构件迅速破坏。设置了横肋的横孔板，横肋会承担很大一部分的剪力。因此其表现出的破坏模式就和顺孔板非常相似，而且其破坏荷载也比没有设置横肋的横孔板大的多。

试验中没有设置横肋的空心板构件，其破坏形式主要在并列管之间的顺肋上。上述分析同样适用于受压翼缘。因此顺肋的宽度对空心板横肋的抗剪能够起到很大的作用。

根据文献［2] 中所得到的横孔板不利于承担横向剪力，横孔板剪力传递分析模型表明:横孔板剪力传递的薄弱环节就在孔道之间的纵肋上，由于孔肋承担了较大的横向剪力，极易产生起自左、右两侧孔内缘的斜裂缝，并导致横孔板失去抗剪能力。由于单肢箍筋位于孔肋中部，并不能有效限制斜裂缝的发展，其作用最多只能限制横孔板上、下翼缘不被彻底分开，而顺肋之间的箍筋对以横肋的抗剪基本上起不到作用。由实验［3]的对比可以看出横肋的作用将横肋看作梁，用一般受弯构件的抗剪承载力的计算公式，从而得到。

2 抗剪计算的改进

对孔肋所表现出的破坏形态非常接近于一般的梁，其受力特点与一般的受弯构件相似，所以将《混凝土结构设计规范》中对受弯构件的受剪验算引入。但由于空心楼板的顺管方向的横断面为圆孔，因此将相邻一段内的圆孔简化成“工”字形截面进行简化，在文献［3] 中的横孔板没有横肋，顺肋中的箍筋对其横管方向的抗剪作用很小，但当有横肋时，此时的横肋的作用与顺肋的类似，对其横管方向的抗剪有作用，但对其顺管方向的抗剪作用很小，而顺肋之间的箍筋对以横肋的受剪基本起不到作用。因此考虑到顺肋中的箍筋作用和横肋对空心楼板受剪的有利影响，将这些融入现有的《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》［4]中对现浇混凝土的抗剪设计进行优化。取一段楼板为计算单元，对现浇空心楼板计算，计算简图见图1—图4。

顺管方向的边支承板抗剪验算公式

式中V为宽度(bw+D)范围内的剪力设计值V=qln(bw+D)/2，其中q为均布荷载设计值，ln为板的净跨。

式中βv—受剪计算系数，顺筒取1.3;ft— 混凝土抗拉强度设计值;bw— 顺筒肋宽;h0— 楼板截面有效高度;fyv—肋间箍筋的抗拉强度;Asv—肋间箍筋的截面积;S—肋间箍筋的间距。

横管方向的边支承板抗剪验算公式

式中V为板宽度(bwH+1m)范围内的剪力设计值

式中βvH—受剪计算系数，横筒取0.6;bwH—横肋肋宽。

在式(7)中引入了箍筋对抗剪的作用，用Vs表示;式(8)相对于《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》中则加入了横肋的抗剪作用，用VC1表示;并且引入了横肋中的箍筋的作用，用Vs表示。

3 抗剪计算

某工程柱网9.6 m ×8.4 m，梁宽350 mm 采用现浇混凝土空心楼板结构，板厚200 mm，内部为管径100 mm、长1 000 mm的填充体，混凝土上、下各厚50 mm，顺肋宽50 mm，横肋宽100 mm，填充体为GBF空心管。混凝土等级为C40，保护层为15 mm。钢筋Ⅲ级(HRB400)。空心楼盖体积空心率为 23.3%，等效板厚为 163 mm，板自重4.07 kN/m2。

活荷载标准值:2.0 kN/m2。

附加恒荷载:0.13 ×20+0.3=2.9 kN/m2。

1)确定设计荷载。由活荷载控制的设计荷载为

由恒荷载控制的设计荷载为

因此设计荷载选用恒荷载控制的设计荷载为11.37 kN/m2。

2)板的剪力计算。将板的顺管方向和横管方向分别取一个单元(图5－图8)。使用《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》中所介绍的方法计算得到的空心楼板的抗剪值为

短跨方向的最大剪力设计值

长跨方向的最大剪力设计值

顺管方向

横管方向

顺管方向V＞Vn、横管方向V＜Vn，顺管方向满足抗剪要求，但横管方向不满足抗剪要求，顺肋已经满足设计要求，所以对横肋从新设计

选用10@200的单肢箍Vs=1.25fyvAsvh0/s=1.25 ×210 ×0.392 ×150=15.44 kN

Vcs=Vc1+Vc2+Vs=57.47+15.44=72.91 ＞V满足要求。

4 结论

1)空心楼板的横肋对于抗剪起到了很大的作用，因此对于空心楼盖的顺肋和横肋抗剪设计应采用不同的设计模式。

2)应考虑空心楼板中的横肋的作用，可以有效地增大空心楼板的抗剪设计值，并且应充分的考虑到箍筋在楼板的抗剪中起到的作用。

［1] CECS－175－2004，中国工程建设标准化协会标准现浇混凝土空心楼盖结构技术规程［S] .

［2] 孙会郎.现浇钢筋混凝土空心楼盖受力性能研究［D] .重庆:重庆大学，2004.

［3] 王 巍.现浇钢筋混凝土空心楼盖受剪承载力研究［D] .重庆:重庆大学，2006.

［4] GBJ130－90，钢筋混凝土升板结构技术规范［S] .