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空心樓蓋與實心樓板在高層結構設計中的對比!

所屬分類:百科知識    發布時間: 2020-08-28    作者:admin
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    近幾年,在建筑行業中開始推廣使用空心樓蓋結構,尤其對于高層結構。在高層建筑中,空心樓蓋結構的優點很顯著。它的結構自身重量較小,需要使用的鋼筋量也比較小,施工過程簡單。同時,空心樓蓋有利于節約施工材料與工程成本,降低工程造價,縮短工程時間等。但是和實心樓板相比,二者在結構上有明顯的不同。小編針對空心樓蓋與實心樓板結構進行建模、運算,按照所得數據,對比二者的各項功能。詳細內容如下。

空心樓蓋結構設計

    一、空心樓蓋與實心樓板的結構概述
    在高層建筑建設過程中,空心樓蓋結構具備很多優點。包括:它有利于增加樓層的凈高,大空間現澆空心樓蓋體系中,樓蓋結構的厚度在250與500毫米之間。能夠促使樓層凈高提高250到700毫米;不需要使用吊頂,也可以保證建筑物的室內頂棚更加美觀;室內的空間會更廣,經濟跨度能夠達到8到12米之間;有利于增加樓層的數量,在確保樓層的基本凈高的基礎上。利用對層高的壓縮,增加更多的樓層;空心樓板結構的應用,有利于增強建筑物的隔熱與隔音功能。在內置的空腔內,也可以增強樓板的隔熱功能。樓板的平均厚度會大于常規樓板,達到較好的隔音效果。另外,在結構方面,空心樓板自身的重量較小,需要使用鋼筋量也較小,施工過程不復雜。在工程成本方面,空心樓板有利于節約各類施工材料,減少模板的用量,降低工程造價,縮短工程時間,減少各項費用等。
    在傳統的高層建筑中,都會應用到實心樓板結構。這是因為實心樓板的厚度較小,剛度較小。因此,如果在研究受力情況時,只顧及樓板可能會框剪結構內的梁或者框架,可能會存在局限性。而且,樓板與框剪結構內的梁或者框架之間是互相對立的,需要從不同角度分析。不應該考慮二者的變形,以及關于樓板的問題。但是,盡管空心樓板結構屬于空心的。然而,它的厚度比較大,而且扁梁較多,有時還存在梁高和板厚相同的情況,樓板會在很大程度上影響到梁。另外,空心樓板內模中是肋梁,如果將肋梁作為結構梁,那么空心樓蓋結構可以被當做密肋梁結構。因此,空心樓板結構與實心樓板之間有明顯的不同之處。
    二、算例說明
    本算例為13層框剪結構,各層高為3.3m,X向36m,Y向27m。結構等級為二級,結構設計基準期為50年,結構設計使用年限為50年,抗震設防烈度為7度,基本風壓為0.5kN/m2,場地類別為Ⅱ類,地震設計分組為一組,結構阻尼比0.05。荷載按GB50009—2012《建筑結構荷載規范》取值。兩種結構的混凝土等級均為C30,剪力墻和柱子的位置和尺寸均一樣,不同之處是每一層的梁板??招臉巧w的扁梁尺寸為900mm×300mm,板厚300mm;實心樓板的主梁為250mm×800mm,井字梁為200mm×600mm,板厚為100mm。
    三、計算比較分析
    1、樓層測向剛度
由所得數據可知,在空心樓板結構中的隔層測向剛度只有實心樓板的一半。高層結構的豎向構件和它們之間的關系會直接影響到高層結構的抗側剛度。本文所舉的空心樓蓋和實心樓板的豎向構件是一致的,因此如果它們的測向剛度存在不同,必然是梁板因素的影響。與空心樓蓋相比,實心梁板結構的梁高大于扁梁,抗彎剛度比較強。如果在保持豎向構件一直的前提下,實心梁板的抗側剛度必然會比空心樓蓋更大。相關人員應該深入分析二者之間相差的程度大小。
因目前結構計算分析軟件的限制,樓板與結構梁獨立計算,未能充分考慮到厚度大的空心樓板對整體結構的剛度貢獻,故計算出來的側向剛度會比實際的要小。如果按照實際情況分析,空心樓板里面大量的肋梁與扁梁整體澆筑,緊密相連,對整體剛度有增大,應參與到整體的受力分析中。
    2、地震作用下很大層間位移
    首層兩種結構的很大層間位移幾乎相等,隨著樓層增加,空心樓蓋結構的很大層間位移開始大于實心樓板結構,而且相差的幅度也隨著樓層的增加而增大,在很高層的位置空心樓蓋結構的很大層間位移是實心梁板的兩倍多。首層的層間位移幾乎相等是因為受到了基礎的強約束,隨著層數增加,受到的約束越來越小,在地震作用下層間位移便越來越大了。在較高樓層,空心樓蓋結構的很大層間位移之所以遠大于實心樓板結構的兩倍有余是因為上述的側向剛度計算結果所導致的。值得注意的是,空心樓蓋很大層間位移出現在樓層的位置與實心樓板的不一樣??招臉巧w結構的很大層間位移出現在第7層附近,而實心樓板結構的出現在第5層附近。這說明空心樓蓋結構較薄弱的位置比實心樓板結構的要高,應注意薄弱位置的加強。
    3、很大層間位移角
    空心樓蓋結構的很大層間位移角都比實心樓板結構的要大,且很大層間位移角出現的位置也都比實心樓板結構的要高,與上述的計算結果保持一致。高層建筑很大層間位移角限值為1/800,兩者均滿足此限制,同時可以看出實心樓板結構的偏于可靠,而空心樓蓋結構偏于經濟。這里還值得分析的地方是,風荷載導致空心樓蓋結構的很大層間位移角大于實心樓板結構的兩倍,而地震作用產生的很大層間位移角卻少于實心樓板結構的兩倍,這里的原因是空心樓蓋結構的整體質量小于實心樓板結構,地震作用就會相對較小,因此兩者地震作用下的很大層間位移角會相差得比較小。這里可以體現空心樓蓋結構能夠減小地震作用的特點。
    4、前三振型的自振周期與振型參與質量
    空心樓蓋結構的前三個振型自振周期都比實心梁板的要大,比后者大30%左右,但是振型的參與質量比實心梁板的要小。自振周期長,說明空心樓蓋結構的整體剛度較柔,與上述的計算數據是吻合的,實心梁板結構整體剛度大,較為吸收地震作用,產生的地震力大,為了保證結構可靠會提高整體造價,這里再次體現空心樓蓋減小地震作用,降低造價的特點。
    5、結構地震作用下地震力及地震剪力
    兩種結構在底部3層的地震力相差無幾,從第4層開始空心樓蓋結構的地震力小于實心梁板結構,隨著樓層增加,相差幅度越來越大,在11層達到很大,然后兩者的地震力又開始趨向一致。結構頂層地震力突然增大,是鞭梢效應的影響導致地震力放大的結果??招臉巧w結構首層地震剪力比實心梁板結構小,相差幅度大約為28%。隨著樓層增加,相差幅度逐漸減小,到頂層兩者的地震剪力幾乎相等??招臉巧w結構的地震力比實心梁板的小緣于其整體質量比較小,雖然前面其他數據分析這樣會減小整體剛度,抵抗力會下降,位移會增大,但是地震力減小,能夠大大提高結構的經濟性,而且還能保持結構在規范的可靠范圍內,這是空心樓蓋結構得以逐漸推廣的重要原因之一。
    四、結語
    綜上所述,空心樓板結構中,結構梁有所減少,剛度也不夠大。與實心樓板相比,它的剛度較小,在很大層間的位移和產生的位移角度都偏大,處于的位置也偏高。另外,空心樓板的質量也比較小,這會在程度上削弱地震力,有利于降低高層建筑物的工程成本,降低工程造價,從而增強建筑物建設的經濟性。
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