混凝土结构设计中的板柱结构形式分析

王邱鑫

摘要 ：随着我国国民经济的迅速发展，我国建筑结构也开始偏向于多高层建筑结构体系发展。因此，建筑设计中的板柱结构被广泛的应用于建筑工程中。本文针对混凝土结构设计中的板柱体系的设计、SLAB程序关于柱上板带宽度的取值两方面进行了一系列的探讨，希望可以为设计者在进行板柱结构设计时提供参考。

关键词 ：混凝土结构设计 板柱结构形式 使用高度

板柱结构是由楼板和柱组成承重体系的房屋结构。它的特点是室内楼板下没有梁、空间通畅简洁、平面布置灵活、能降低建筑物层高，适用于多层厂房、仓库，公共建筑的大厅，也可用于办公楼和住宅等。板柱结构一般以钢筋混凝土材料为主。

1.板柱体系的设计

1.1板柱结构的定义

板柱结构的建筑是由楼（屋面）板、柱等构件组成的、承受垂直及水平荷载的空间结构体系。板柱结构除具有框架结构的优点外，还有结构高度小、顶棚平整、采光、通风及卫生条件好、模板及施工简单等优点，采用升板法施工可节约大量模板。板柱结构常用于医药、食品、冷库、市场及医院等建筑，预应力板柱体系常用于住宅建筑中。

1.2板柱结构体系计算原理

在进行板柱结构设计之前，首先要对板柱的整体结构进行计算，并且需要运用等代框架法进行计算。也就是说，在采用PMCAD建模时，可以将楼板等代成宽扁的框架梁，然后在SATWE 软件中进行全过程的解析，通过此软件求其在水平荷载作用下的内力值。但如果只单独进行楼板模型运算，此时便可以将板带划分成柱上板带和跨中板带两部分来进行运算，并且运用有限元的方法来计算竖向荷载的内力值。接下来就是对板柱结构配筋进行运算，此时要把水平和竖向荷载进行相互的组合，按照宽扁梁的方法进行配筋。

1.3等代梁宽度的取值

依据《钢筋混凝土升板技术规范》的相关规定：在进行建筑板柱结构设计时，可以按照等代框架来计算内力和位移。并且在侧向力的作用下，可以沿着该方向来进行等代框架梁的宽度计算，应取较小值。在运用PMCAD软件进行建筑板柱建模时，其等代梁的宽度可以按照《升板规范》的要求取值。同时也可以按照以下的办法来进行取值：等代梁两侧各取相邻房间跨度的1/4相加；当等代梁两端房间不等跨时，等代梁需按偏心布置。这既可避免房间不等跨时宽度不好确定的问题，又可使按房间1/4跨度划分出来的等代梁自重正好等于整个楼板的自重。

1.4板柱结构的破坏

1.4.1未布置一定数量的抗震墙，因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墙，此种结构的节点刚度又相对较弱，因此侧向位移常较大。由于它延性差，抗弯和变形能力很弱，再加上 P-⊿效应，在强震时造成严重破坏甚至倒塌是很可能的。

1.4.2在板柱节点处，楼板抗冲切能力差。在柱子周边板内未设置抗冲切的钢筋，或设置得不恰当，节点处不平衡弯矩对楼板造成的附加剪应力未适当考虑。柱周边板的厚度不够，使抗剪箍筋不易充分发挥作用，或柱子纵筋在节点处滑移。由于这些原因，在强震时使墙板产生冲切破坏，随之楼板坠落，造成巨大损失。在采取相应有效的措施之后，板柱-抗震墙结构的抗震性能将有很大的提高，其设计强度也将提高。顺便指出，“框架-核心筒结构中带有一部分仅承受竖向荷载的无梁楼板时，不作为板柱-抗震墙结构”。此种结构可按框架、核心筒考慮，但应考虑本文“设计建议”中的各条要求。

1.5板柱体系的楼板刚度分析和抗冲切性能研究

板柱体系中楼板是主要水平受力构件，由于没有梁的约束，刚度比普通框架结构刚度小。实际工程中，楼板下挠过大，容易导致建筑物室内分隔墙产生裂缝，因此设计时应重视楼板刚度的验算，采用ANSYS有限元分析软件，分别计算当板的厚度变化时，板的挠度、第一主应力、第三主应力的分布情况，总结对板刚度影响的因素及其规律。设计人员在设计时，可以根据具体情况，采取合理的构造措施，避免由于措施不当，导致施工困难。例如，施工现场就碰到，由于板柱节点配置了大量的抗冲切钢筋，导致钢筋绑扎困难，同时也影响混凝土的浇筑质量。设计过程中，需要分别计算柱截面尺寸、板的厚度、混凝土强度等级变化时，板的挠度、剪应力、弯矩、板裂缝的最大值。在柱子集中反力或局部荷载作用下，当混凝土板的冲切承载力不满足设计要求且板厚度受到限制时，可采取各种配筋加强措施来增加板的冲切承载力，如采用配置箍筋、弯起钢筋、锚栓或型钢剪力架来承担柱周围冲切荷载。箍筋应做成封闭式，并沿柱两个轴向均匀配置。为了提高板的冲切承载力，板也可在局部加厚，采用柱帽和托板等形式。

2.SLAB程序关于柱上板带宽度的取值

SLAB 程序按两种方法划分柱上板带和跨中板带。

2.1按PM中输入的等代梁宽度与位置划分板带

如果在PMCAD中输入了等代框架梁，则建议选择此项。因为输入等代框架梁的主要目的是为了计算板的水平荷载引起的内力。当选择此项后，程序能够自动将等代梁范围内的楼板在竖向荷载作用下内力进行积分，得到截面弯矩M2。M2与水平荷载作用下在相同截面产生弯矩值M1进行组合，从而得到配筋面积。因此，该方法主要用于计算水平荷载时的情况。

2.2按升板规范自动划分板带

如果采用PMCAD软件进行板柱结构计算，但是在计算时，并没有输入等代梁而是输入的虚梁，那么就建议选择此项。这是因为如果在计算时，没有输入等代梁，那么该程序就不会计算水平荷载引起的内力。而如果采用SLABCAD软件尽心计算，就只计算由竖向荷载引起的内力值，该方法主要用于不需计算地震力的地下室车库顶板等情况。其主要优点是在PMCAD中无需输入等代梁，从而使建模大大简化。

2.3板柱-抗震墙的设计建议

水平荷载作用下，板柱-剪力墙结构的设计方法与框架-剪力墙结构的设计方法相似，可按二者协同工作计算各自承担的弯矩和剪力。和框架-剪力墙结构一样，协同工作计算后，板柱-剪力墙结构也需对二者承担的地震力进行调整。由于板柱结构比较柔，在板柱-剪力墙结构中，剪力墙应承担全部水平地震作用，板柱结构作为第二道防线，仍要求额外承担20%的水平地震作用。板柱结构应布置足够数量的抗震墙（包括核心筒），墙的位置宜避免偏心。在房屋周边，应布置边梁，以形成周边框架。如在周边布置确有困难，则应在其他部位布置一定数量的框架梁，使结构形成板柱-框架、抗震墙的综合体系，此种布置不属于抗震规范中的板柱-抗震墙结构。抗震墙的厚度不应小于180mm，且不应小于层高的1/20；底部加强部位的抗震墙厚度不应小于200mm，且不应小于层高的1/16（可取层高和无肢墙长度二者的较大值）。

综上所述，建筑结构中板柱结构设计在现代建筑结构中得到了广泛的应用，因其施工简单、结构本身高度较小以及造价低等优点对现代建筑的发展做出了一定的贡献。因此在实际工程实施中，要认真研究板柱结构的设计要求，并且严格按设计规范工具进行设计。同时在施工时，要加强板柱结构的施工管理，以确保板柱结构的安全使用。

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