空腹桁架梁-空腹夹层板楼盖的静力性能分析

苏铜军 肖建春 马克俭 袁增嵘

摘 要：空腹桁架梁-空腹夹层板是一种新型空腹夹层板，为研究其在静力作用下挠度变化，采用参数化建模分析，通过改变混凝土板厚度、空腹桁架梁及空腹夹层板上下肋刚度、剪力键和边柱刚度、跨高比等，建立94個有限元模型，得出这些因素对楼盖挠度的影响程度。研究表明，混凝土楼盖厚度增加，楼盖挠度先增加后减小;空腹桁架梁上下肋刚度与挠度近似呈线性变化;剪力键和边柱的刚度与挠度呈非线性变化，且随着刚度增大其对挠度影响程度逐渐降低;跨高比与挠度呈近似正比关系，且跨高比对结构挠度影响最大，为控制挠度的主控因素。

关键词：空腹夹层板;静力;挠度;刚度

中图分类号：TU393.3

文献标识码： A

随着大跨度建筑的兴起，人们不断追求具有高性能和低能耗的新型结构。马克俭[1]教授首次提出了“钢筋混凝土空腹夹层板楼盖结构”这一新型空间网格结构，保留空腹网架优点而又克服其抗剪刚度差的缺点。通过实践应用推广[2]，新型空腹夹层板及其组合结构相继出现。2017年，关于昆明滇池国际主体结构会展中心跨环湖平台方案选择上，马克俭教授进一步创新，提出了空腹桁架梁-空腹夹层板新型结构。宋赟[3]和才琪[4]分别对

窝型钢网格盒式结构和蜂窝形钢空腹夹层板楼盖做了一定的研究。冯献慧[5]对正交斜放空腹夹层板楼盖自振特性进行了分析。文献[6]～[8]对空腹夹层板的结构基本力学性能等做了基础性理论研究。文献[9]～[14]对空腹夹层板静力性能做了不同的分析。由于空腹桁架梁-空腹夹层板结构提出时间不长，为了进行初步分析，采用有限元法对结构挠度进行参数化分析。

1 建立有限元模型

利用大型有限元软件采用数值模拟的方式建立空腹桁架梁-空腹夹层板有限元模型。有限元模型平面尺寸为48 m×27 m，网格采用正交正放的形式，网格大小为3 m×3 m，空腹夹层板厚度为1.6 m（其中混凝土板厚80 mm），两层空腹夹层板之间的净高度为5.4 m。如图1所示，为空腹桁架梁-空腹夹层板半跨平面布置图。如图2所示，为空腹桁架梁-空腹夹层板的48 m边立面图。

4 结论

在使用荷载作用下分析了表层混凝土厚度、空腹桁架梁上下肋刚度、剪力键刚度、柱刚度、跨高比等因素对该种新型楼盖跨中挠度的影响，主要得出下列结论：

（1）表层混凝土厚度对整体结构的挠度影响很大，不同于网架和框架结构，说明表层混凝土板对结构内力的分布影响很大。

（2）跨高比对空腹桁架梁-空腹夹层板跨中挠度影响程度最大，应作为控制楼盖挠度的主控项目。

（3）空腹桁架梁上下肋与空腹夹层板上下肋对比，可以看出空腹桁架梁的上下肋梁高度对整个结构的挠度起主控作用，空腹夹层板上下肋对挠度影响很小，在设计时可以考虑通过增加空腹桁架梁的

上下肋梁高度来减小挠度和空腹夹层板上下肋梁的截面积来节约钢材。

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（责任编辑：曾 晶）