減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法，屬于建筑結(jié)構(gòu)技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 框架結(jié)構(gòu)是由框架梁、框架柱以剛結(jié)形式連接而成的承重結(jié)構(gòu)體系。為保證框架 結(jié)構(gòu)的抗震安全，避免豎向構(gòu)件先于水平構(gòu)件發(fā)生破壞，結(jié)構(gòu)設(shè)計時需對框架梁、框架柱的 內(nèi)力分配進(jìn)行調(diào)整，遵循強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱桿件的設(shè)計原則，強柱弱梁的含義 為地震作用下保證框架結(jié)構(gòu)的破壞首先出現(xiàn)在梁端，即首先在梁端部形成塑性鉸，梁端先 于柱端發(fā)生破壞，對此我國《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》給出了具體內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。由于傳統(tǒng)現(xiàn)澆 樓板對框架梁的加強作用，樓板縱筋參與框架梁負(fù)彎矩受力，使得框架梁負(fù)彎矩承載力往 往較設(shè)計值大的多，框架結(jié)構(gòu)主要在柱端部出現(xiàn)破壞而非框架梁端部，也即強梁弱柱震害， 這在歷次大震后的框架震害調(diào)研已得到證實。
[0003] 為了增加室內(nèi)空間高度，在不改變結(jié)構(gòu)層高的前提下，通常采用增加樓板厚度而 不設(shè)置次梁的方法。對于不設(shè)置次梁、樓板厚度較大的框架結(jié)構(gòu)，樓板縱筋配筋量較大，參 與框架梁負(fù)彎矩承載力的程度更大，地震作用下也更容易出現(xiàn)強梁弱柱破壞情況，因此，如 何保證實現(xiàn)強柱弱梁的設(shè)計概念，最大程度減輕強梁弱柱震害，是工程技術(shù)人員亟待解決 的問題。
[0004] 針對混凝土板對框架梁的加強問題，有文獻(xiàn)提出在樓板角部與框架梁交界的界面 設(shè)置縫隙的方法，雖然可以解決板對梁的加強問題，但在實踐中是否可行存在疑問，主要在 于不論通過設(shè)置縫將混凝土板與框架梁完全分開，還是設(shè)置隔震裝置隔開二者，都不可避 免的存在縫隙，加重產(chǎn)生樓板開裂問題，影響人們正常使用。對于普通混凝土樓板，由于其 開裂引發(fā)的房屋質(zhì)量問題及投訴糾紛并不少見。為了避免樓板開裂，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 等現(xiàn)行規(guī)范對混凝土板的最小配筋率有著嚴(yán)格的規(guī)定，且隨著規(guī)范更新，最小配筋率在不 同程度提高，顯示出對混凝土樓板開裂問題的重視。
[0005] 因此，需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是：如何能夠提出一種混 凝土樓板設(shè)計方法，保證框架梁端部首先形成塑性鉸，減輕或避免地震作用下強梁弱柱震 害，同時又能保證樓板連續(xù)性，減輕或避免因設(shè)置縫隙或隔震裝置而導(dǎo)致的樓板開裂，方便 人們使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:在基本不改變混凝土用量的前提下，從設(shè)計角度 出發(fā)對傳統(tǒng)等截面厚度平板式混凝土樓板做出革新，保證框架梁端部首先形成塑性鉸，減 輕或避免地震作用下強梁弱柱震害，同時又能保證樓板的連續(xù)性，減輕或避免因設(shè)置縫隙 或隔震裝置而導(dǎo)致的樓板開裂。
[0007] 本發(fā)明提出一種減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，根據(jù)樓板跨度、材料強度、荷載情況等參數(shù)，按常規(guī)設(shè)計方法初步確定樓板 厚度ho;
[0009] 步驟2,根據(jù)框架梁端部負(fù)彎矩折減系數(shù)、跨度等參數(shù)，計算一個方向框架梁的反 彎點位置X1、X2,計算另一個方向框架梁的反彎點位置 yi、y2;
[0010] 步驟3,根據(jù)相鄰框架梁反彎點位置，確定薄板區(qū)3的范圍，薄板區(qū)3位于樓板四角 位置，按單向板或雙向板計算薄板區(qū)3的厚度lu，并滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對于現(xiàn)澆混凝 土單向板或雙向板的最小厚度要求；
[0011] 步驟4,確定腋板區(qū)1向板內(nèi)的延伸長度，腋板區(qū)1由支座延伸至相鄰框架梁反彎點 位置；
[0012] 步驟5,根據(jù)步驟3確定的薄板區(qū)范圍及厚度lu，計算薄板區(qū)混凝土用量;根據(jù)步驟 1確定的樓板厚度ho及薄板區(qū)范圍，計算兩種參數(shù)下混凝土用量差w;
[00?3] 步驟6，計算a = xi/yi，將該混凝土用量差w向支座加腋區(qū)1分配，短跨框架梁相連腋 板區(qū)混凝土分配量與長跨框架梁相連腋板區(qū)混凝土分配量比值為α，該區(qū)域樓板截面高度 在支座位置較高，按坡形或階梯形減小樓板截面高度至平板區(qū)2，形成變截面樓板；
[0014] 步驟7,采用有限元分析程序計算腋板區(qū)1、平板區(qū)2所組成的變截面樓板各部位的 內(nèi)力，根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果進(jìn)行樓板截面校核及配筋設(shè)計；
[0015] 步驟8,根據(jù)薄板區(qū)3的厚度hi、平面尺+xi、yi及荷載、混凝土強度等參數(shù)，計算薄 板區(qū)3配筋，所述薄板區(qū)3與腋板區(qū)1交界的邊界按固結(jié)邊界考慮，所述薄板區(qū)3與框架梁交 界的邊界按鉸接邊界考慮，并滿足混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對板配筋的構(gòu)造要求。
[0016] 步驟9,腋板區(qū)1底面的坡形區(qū)域或階梯形區(qū)域增配構(gòu)造鋼筋，完成混凝土樓板優(yōu) 化設(shè)計。
[0017] 所述步驟2中框架梁反彎點計算公式為:11 = 〇.21101、12=(1_〇.2110)1，0為框架 梁端部負(fù)彎矩折減系數(shù)，1為框架梁跨度。
[0018] 本發(fā)明的設(shè)計理念是:根據(jù)框架梁自身的彎矩分布規(guī)律，確定樓板減薄的范圍及 跨中樓板加腋長度，即在梁支座位置的負(fù)彎矩區(qū)，將相連樓板截面降低，該區(qū)域樓板截面高 度及配筋僅按自身范圍內(nèi)的荷載及邊界條件確定，不參與樓板的整體承載；同時，將跨中梁 受壓區(qū)域?qū)?yīng)的樓板截面增大，增大部分的樓板區(qū)域沿梁軸線取豎向荷載下梁跨中正彎 矩長度，提高該位置樓板承載力，彌補樓板四個角部不受力所引起的樓板承載力削弱，而框 架梁跨中區(qū)域相連樓板對梁的抗震影響很小，不影響強柱弱梁的抗震設(shè)計要求。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法有 著較大的創(chuàng)新性，其創(chuàng)新性及有益效果在于:與傳統(tǒng)等截面厚板式樓板相比，本發(fā)明的設(shè)計 方法能夠大大降低框架梁負(fù)彎矩區(qū)相鄰樓板的截面高度及配筋量，減少了樓板鋼筋參與框 架梁負(fù)彎矩受力程度，控制塑性鉸在梁端出現(xiàn)，從而有效減輕或基本避免了因樓板加強作 用而導(dǎo)致的強梁弱柱震害現(xiàn)象，實現(xiàn)強柱弱梁的抗震設(shè)計要求;與樓板角部設(shè)置縫隙的方 法相比，本發(fā)明的設(shè)計方法通過設(shè)置薄板區(qū)及薄板區(qū)邊界支撐條件減輕混凝土板對框架梁 的加強作用，不改變混凝土板的連續(xù)性，從而避免了樓板的開裂，保證了結(jié)構(gòu)的正常使用。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法流程圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法實施例一；
[0022]圖3為實施例一剖面I-Ι示意圖；
[0023]圖4為實施例一剖面Π -Π 示意圖。
[0024] 1-腋板區(qū)、2-平板區(qū)、3-薄板區(qū)；Χ1、χ2-Χ向框架梁反彎點至梁左端軸線距離; yi、 y2-Y向框架梁反彎點至梁下端軸線距離。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種減輕強梁弱柱震害的混凝土樓板優(yōu)化設(shè)計方法，下面通過附圖 說明和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026]參照圖1~圖4,示出了本發(fā)明的混凝土樓板及其設(shè)計方法的一個具體實施例。
[0027] 框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸8.5X7.2m，X向8.5m，Y向7.2m，框架柱截面800X800mm，框架梁 截面400 X 800mm，樓板跨度8100 X 6800mm，活荷載標(biāo)準(zhǔn)值2. OkN/m2，附加恒載標(biāo)準(zhǔn)值2. OkN/ m2，混凝土強度C30，縱筋HRB335，縱筋保護(hù)層厚度15mm，框架梁支座配筋8 土 25。
[0028] 步驟1，根據(jù)樓板跨度、材料強度、荷載情況等參數(shù)，按常規(guī)設(shè)計方法初步確定樓板 厚度ho。樓板最小跨度6800mm，按三十五分之一板跨確定樓板截面高度并取整數(shù)，取ho為190 ~200mm，本例按190mm考慮，計算樓板配筋得支座處受力鋼筋Φ16間距200,跨中板底受力 鋼筋雙向土16間距200。
[0029] 步驟2,根據(jù)框架梁端部負(fù)彎矩折減系數(shù)、跨度等參數(shù)，計算一個方向框架梁的反 彎點位置X1、X2,計算另一個方向框架梁的反彎點位置 yi、y2?？蚣芰嚎缍劝摧S線跨度考慮， 端部負(fù)彎矩折減系數(shù)取l.〇，X向框架梁反彎點位置距離左側(cè)軸線①分別S X1 = 1794mm、x2 = 6706mm，Y向框架梁反彎點位置距離軸線像分別為yi = 1520mm、y2 = 5680mm，見圖2。若梁端 部負(fù)彎矩折減系數(shù)取小于1.0的數(shù)值，需相應(yīng)調(diào)整反彎點的位置。
[0030] 步驟3,根據(jù)相鄰框