关于薄壁箱体现浇混凝土空腹楼盖设计要点的探讨

原 雪

（吉林化工学院 吉林吉林 132000）

STRAT软件是自主开发、具有完全知识产权的国产大型通用有限元软件。在以往的工程设计中，由于所用软件的限制，设计师通常将空腹楼盖简化成等代梁，用等代梁法进行配筋计算，这样的处理方式会导致空腹楼盖将采用梁式楼盖的方式采取相应的构造措施，而空腹楼盖原本应该采用板式楼盖的方式进行相应的设计配筋，所以这种模型的影响，会造成两者之间有较大的差异，本文采用的STRAT软件针对这种设计的困境，为薄壁箱体空腹楼盖的计算模型提供了强大的技术支持。它利用强大的图形处理能力，运用有限元的思想，基于板式楼盖受力岛的设计理念，将薄壁箱体空腹楼盖的板单元进行整体细分，专门开发了体现板式楼盖受力特点的系列的实用方法[1]。

STRAT软件对于薄壁箱体混凝土空腹楼盖专门开发了专用的各向异性板单元，由于软件是以超元为基础，可以进行活荷载不利布置的受力分析。对于薄壁箱体而言，内置箱体的肋梁宽度、内模箱体的具体尺寸都是影响空腹楼盖受力性能的关键参数，如果只是简单的等代成实心板或采用等代梁法，必然会影响计算结果的精度。STRAT软件针对上述问题，开发出相应的功能，可以按照具体的肋梁宽度和内模尺寸进行准确计算，计算结果包括薄壁箱体空腹楼盖具体的挠度和弯矩值以及相应的配筋面积，对于工程设计而言，更具有实用性。

1 薄壁箱体空腹楼盖设计要点

薄壁箱体现浇混凝土空腹楼盖虽然内置了很多空心的混凝土内模，但其实质仍属于板式楼盖的范畴，另外，薄壁箱体空腹楼盖的肋梁宽度，肋梁高度，上下实心板厚度，边梁宽度等楼板参数都将影响其受力性能。下文将结合板式楼盖的受力特点和薄壁箱体空腹楼盖各个参数的影响规律，探讨其按照板式楼盖的内力分布进行设计和配筋的要点。

1.1 肋梁布置

对于薄壁箱体混凝土空腹楼盖而言，以往的工程设计中，其通常被简化成两种模型，一种是梁式楼盖，一种就是实心板。可以说，这两种简化方式都不能很好的替代薄壁箱体空腹楼盖的计算模型，因为这种模型实际上是介于上述两种模型之间，但更贴近于实心板的一种结构形式。而设计普遍采用的次梁模拟肋梁的方式通常会忽视两方面的内容：

（1）忽视上下实心板对空腹楼盖的有利作用，尤其是跨中的板底钢筋；

（2）当柱顶设置柱帽时，将忽视柱帽对结构的有力作用，从而导致计算的弯矩值和剪力值偏大，加剧了配筋数量，造成相应的浪费[2]。

以往的设计经验可得，对于靠近空腹楼盖边梁的第一根肋梁，在设置柱帽的楼盖中应于楼盖直接相连。同时在这种结构中，柱帽还可以放置肋宽范围内无法完全放置的支座负筋。另外，薄壁箱体空腹板的肋梁宽度，肋梁间距这两个参数的变化对其受力的计算结果并没有产生较大波动，所以，在实际设计中，肋梁宽度，肋梁间距可以在一定范围内小幅变动。但是，对于结构中出现的应力集中的地方，应该适当增加空腹板的肋梁宽度，目的在于较宽的肋梁可以设置更多的钢筋，以免发生偶然外力过大的情况，应力集中的部分会先于其他地方发生破坏。

对于设置柱帽的建筑结构，笔者建议设计师可以在柱帽四周浇筑与空腹楼盖相同厚度的实心楼盖区域，因为柱帽四周部位由于混凝土板厚的突然变化会带来不可避免的应力集中的问题，但如果将应力集中的部位浇筑成实心楼盖，将会显著减弱这种不利影响，对结构安全十分有利。

1.2 边梁空腹小板受力性能

薄壁箱体混凝土空腹楼盖设置暗梁时，其设置高度与空腹板相同。而实际在受力分析上，可以将暗梁看成空腹板的边界，但由于暗梁高度较小，与主梁的区别较大，无法起到主梁的作用。所以，在空腹板内设置暗梁，配筋不能按照主梁来配，具体数值还要通过计算确定。所以，一般的做法是，空腹板的楼板负筋可以通长配置。

（1）柱帽范围内，肋梁、暗梁以及肋间板块的钢筋分配

有限元软件通过建模进行计算，设计师运用计算结果对其进行配筋，在空腹板的配筋上，本文建议将尽量多的钢筋配置在空腹板肋宽的范围之内，对于板顶的负筋而言，其深入支座的负筋长度可以进行相应的计算，计算出来的结果需要标注在相应的肋梁上，并尽量采用相同的规格。当空腹板跨度较小时，其肋梁顶部的钢筋尽量考虑通长配置。对于肋梁内配置的箍筋，应该尽量选用相同规格的钢筋，并统一标注。但如果肋梁两端受力很大时，肋梁端部的箍筋面积必然大于中间部分，所以实际必须分开标注，应该关注的是端部所配置的箍筋面积需要标明配置长度，可以实际指导施工。而对于靠近边梁的肋梁，由于通常与柱帽连接，其端部的剪力会比较大，所以在这些部分，箍筋面积可以适当增加，并进行加密。

对于柱帽范围内的暗梁而言，其柱帽宽度范围内的钢筋，应加上净空内的20%。柱帽肋间板需要扣除暗梁、柱帽内肋梁的钢筋后的剩余值[3]。

（2）大跨度薄壁箱体空腹板

楼板的厚度通常由跨度决定，而其跨度越大，通常楼板的厚度就越厚，那么对于这种大跨度结构，空腹板在保证楼板刚度的前提下，可以很好的解决常规的实心板自重大的问题，非常适合大跨度结构。在实际的应用中，大跨度楼盖结构通常收到其挠度的限制，施工中解决的通常做法就是预设起拱。另外，大跨度的薄壁箱体空腹板通常需要在两个方向上通长配置钢筋。其底部的钢筋尽量采用同一规格，并且采用受拉搭接或机械连接。

2 柱帽设计

在空心楼盖的设计中，设置柱帽是常规的做法，因为这种设计可以在柱端的一定范围内形成楼盖的加强带，这种加强带可以叫做楼盖的受力岛，楼盖在这些部位的加强，可以改善其受力性能，增加空腹板的延性，从而有效的控制配筋量，进一步提高空腹楼盖的抗侧刚度。柱帽的设计对于薄壁箱体空腹楼盖来讲，优势更加明显，因为对于这种楼盖而言，往往不会设置较宽的肋梁高度。但由于上部荷载的作用，柱子对楼板的冲击力又较大。所以，在柱子顶部设计柱帽会提高整个楼盖的抗冲切性能，柱帽的好处还在于，可以放置肋梁中无法全部放置的钢筋。

那么，如何设置柱帽呢？柱帽的尺寸通常有很多因素决定，包括所受荷载的大小、空心楼板的厚度和空腹板的形式等。所以，在进行柱帽设计时，设计师要综合考虑上述影响因素。初步设计时，柱帽的外伸长度可以跨度的1/8进行初步估算，如果两个方向上的跨度不同，可以取长跨的1/8长度进行设计。如果设计师考虑减少混凝土的用量，可以将柱帽设计成变厚度的形式，即阶梯型柱帽。但是对于大厚度的空心板而言，采用等厚度或是变厚度的柱帽，则需要共同考虑柱帽刚度和配筋总量等很多因素。

（1）计算模型

柱帽由于其内部受力复杂，在以往的设计中选取模型时，计算结果容易失真，针对柱帽这种复杂的受力状况，STRAT软件开发了单独的设计模块，可以为柱帽单元独自增加网格数量，更加准确的计算柱帽的受力状态，最后的计算结果更接近真实情况，设计师可以依据软件的计算结果直接进行相应的配筋。

（2）配筋设计

对于设置柱帽的楼盖结构进行配筋时，应该对配筋结果进行相应处理，在一定范围内适当归并。针对柱帽钢筋的分布特点，在柱宽范围和柱肩范围应该分别选筋配置，暗梁的支座负筋可以取柱宽范围内柱边最大值，沿钢筋的布置方向取峰值，而配置柱肩范围的钢筋则应该结合肋梁的钢筋布置确定，并沿钢筋横向取平均值。柱宽范围及柱肩范围的钢筋长度均应该满足实际分布范围的要求并保证足够的锚固延伸长度。为了确保柱帽四周的肋间面板与柱帽钢筋能够有效的锚固，应将其面板加厚。

3 暗梁设计

空腹楼盖的实际设计中，暗梁也是通常会采用过得加强楼盖刚度的做法，暗梁的设计可以增加柱子之间的相互连接，另外，除了柱帽以外，暗梁在增加空腹板的抗冲切性能提高上也有一定的作用。所谓暗梁，就是指厚度与楼盖相同，但局部增加很多钢筋，以期达到梁的某种效果，但实际上，由于高度的限制，即使按照框架梁的钢筋配置在暗梁内部，暗梁的受力性能还是与框架梁相差很多。所以更准确的解释是，暗梁在受力性能的表现上更像是一个加强的板带。所以设计师在设计时还是要根据加强板带的概念采取相应的措施。“暗梁”的宽度一般取柱宽及柱两侧各不大于1.5倍板厚。另外，还有一种暗梁称为加厚暗梁，例如比连接的空腹板厚100～200mm，虽然此种暗梁仍然与一般意义的主梁有差别，但在一定程度上起到加强板带的作用，但此种方法效果不明显，适用范围比较局限。

（1）计算模型

计算中采用板单元的形式，暗梁中线应参与单元网格的划分。

（2）配筋设计

对于连接空腹板的暗梁，其梁内部的钢筋，包括自身宽度内及其与肋梁之间面板的钢筋。为了改善空腹板的抗震性能，暗梁需要按照主梁的规定进行抗震构造措施的设计，区别于按照梁跨度来确定主梁的钢筋，暗梁则是按照计算结果确定其支座负筋的长度，这是因为梁式楼盖的负弯矩的分布比板式楼盖的分布范围大，导致框架主梁的负筋长度比暗梁大。但是，对于设置柱帽的楼盖结构，刚度的变化又可能使暗梁的支座负筋的长度比框架主梁大一些，所以单纯按照跨度来确定主梁的方式对于暗梁的设计是不全面的。