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地下室底板无梁楼盖的设计

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《建筑设计管理杂志》2014年第八期

1按《人民防空地下室设计规范》4.6.1条,人防地下室底板计算时可取独立的单层楼板计算

因为目前PKPM结构计算程序不能对底板的不同工况和方向的荷载设置不同的荷载分项系数,所以人防地下室底板向上向下要分开3次计算,在程序计算时,分别按上面所提的3种情况设置分项系数,底板层的荷载分别按照等效原则输入等效荷载,取3次计算结果的较大值配筋。中信水岸城花园二期A区附建式人防地下室,以08版PKPM的SLABCAD为整体有限元分析计算:底板厚度t=450mm,水头高度H1=4.35m,车库柱网尺寸主要为8.1m×8.1m。1)计算平时向下力控制的工况:恒载G1=结构板自重+装饰面层等自重=0.45×25+1.5=12.75kN/m2活载Q1=4.0kN/m2,当活载起控制作用时:1.2×G1+1.4×Q1=1.2×12.75+1.4×4.0=20.90kN/m2,当恒载起控制作用时:1.35×G1+1.0×Q1=1.35×12.75+1.0×4.0=21.21kN/m2,故该工程恒载起控制作用,恒载分项系数为1.35,活载分项系数为1.0,因为08版PKPM-SLABCAD已考虑结构楼板自重,故模型输入荷载如下:底板面均布恒载:1.5kN/m2(装饰面层等自重)底板面均布活载:4.0kN/m2,底板跨内墙体自重及其他活载在模型中以板上恒载、板上活载输入。2)计算平时水浮向上力工况时:本项目地下水水位较稳定,故按恒载输入:水浮力F=-γ×H1=-10×4.35=-43.5kN/m2(荷载作用方向向上)自重G2=0.45×25=11.25kN/m2(荷载作用方向向下)在PKPM-SLABCAD恒载分项系数设为1.35,底板计算将反向上的荷载按正向下的荷载输入,把板面与板底计算结果对调,即人防地下室底板按倒无梁楼盖计算。由于08版PKPM-SLABCAD已考虑结构楼板自重,故计算向上合力时按向下荷载输入时,还需扣除多一遍板自重,输入的等效荷载如下:F1=F-G2-G2/1.35=43.5-11.25-11.25/1.35=23.92kN/m2。3)计算战时向上力控制的工况时:PKPM-SLABCAD恒载分项系数设为1.35,核爆等效荷载为1.0。恒载等效荷载同上:F1=23.92kN/m2,核爆等效荷载:F2=25.0kN/m2。

2复杂楼板分析与设计软件PKPM-SLABCAD有限元整体分析计算

2.1在PM模型中,无梁楼盖除外边墙下和局部高差处布置结构梁外,其余均按100mm×100mm虚梁布置虚梁有两点作用,一是为了楼板的外边界信息在PMCAD前处理过程中能自动读取到,二是让没有刚度的虚梁辅助楼板单元的划分。虚梁只布置在柱与柱、墙与墙、墙与柱之间,其余有砖墙或其他荷载的位置在SLABCAD前处理中转化为板上均布荷载输入,虚梁的布置应尽量使所形成的板块形状规则,同一节点不宜拉结太多根梁。

2.2SLABCAD前处理有补充建模信息,输入荷载、约束、位移信息,布置预应力筋,单元划分及生成数据等选项1)在“参数输入”中的单元划分控制长度Dmax的取值应视工程规模、柱网间距、柱帽大小而定,取值过小,虽然可得到较高的计算精度,但却增加许多计算量。同时计算应力集中而使柱帽或支座处的负弯矩过大导致失真。对于本工程,取值Dmax=1000较合适。2)在“楼板修改”中的柱帽形式有4种:无顶板柱帽、折线顶板柱帽、矩形顶板柱帽1和矩形柱帽2,由于地下室底板的柱帽为基础,故采用矩形顶板柱帽2。模型中有砼柱的地方才能输入柱帽,对于有剪力墙的结构,剪力墙底下无法输入柱帽,处理方法是:板跨比较小,则不输入柱帽,以无柱帽无梁楼盖计算;板跨较大,在剪力墙中输入砼柱来输入柱帽。平面几何形状非矩形的基础需简化成矩形基础,基础形状不同,其简化方法也不同,若基础为正多边形,可简化成正方形,一般用其内切圆的面积开方得正方形边长;若基础切割掉一小部分能成为矩形基础,则取切割后规则的基础为柱帽输入模型。3)在“生成数据”中的“布筋方向”尽量平行或垂直,与实际配筋方向一致,否则计算结果应按“布筋方向”与实际配筋方向之间的角度换算实际配筋。

2.3复杂楼板分析与设计PKPM-SLABCAD的整体有限元计算在软件的参数输入时,人防地下室底板板底的保护层厚度为50mm,板面为20mm,但在计算水浮及核爆向上力时,因为是以向下力的方式输入替代向上的作用力,故模型输入的板顶保护层厚为50mm,板底为20mm。

2.4分析计算结果1)计算结果的合理性通过“绘等值线”来判断:等值线在柱间板带处比较集中,表示板面支座的配筋;等值线在跨中集中,表示板底的配筋;当边界条件及所受荷载相同时,大跨度的配筋要比小跨度的配筋大,相近跨度的配筋应差别不大;当跨度一样及所受荷载相同时,内跨的配筋应比外跨的配筋要小;当跨度及边界条件相同时,荷载较小的配筋应比荷载较大的配筋小。2)每个房间内板的挠度或内力的最大、最小值应通过“标注极值”查看,若有超限的最大扰度及超限钢筋,及时通过调整板厚或支座条件重新计算。3)每个房间内的各个节点的挠度、内力值、配筋应通过“标注点值”查看,更准确的查看判断合理的计算结果,对存在应力集中及板厚不经济合理情况也应及时调整,重新计算分析,直至计算结果合理。

3人防地下室底板的构造及配筋要求

1)人防地下室底板按《人民防空地下室设计规范》3.8防水要求,必须采用防水混凝土。现行施工均使用搅拌站的商品混凝土为主,其防水混凝土通过实验调配,满足设计要求的抗渗等级不小于P6即可;厚度不少于250mm(本工程为450mm);平时控制工况的裂缝宽度不大于0.2mm,并不贯通;战时荷载控制工况按强度控制;底板板底的钢筋保护层厚度为50mm。2)根据本场地地下水对混凝土及钢筋具微腐蚀性,结构底板的垫层采用强度等级为C20的素混凝土,厚度为100mm。3)本工程地下室建筑为超长,按规范要求设置了多处1000mm宽伸缩及沉降后浇带,后浇带之间间距控制在30m以内,并采用添加微膨胀剂的补偿收缩抗裂混凝土;在两层板筋间,附加了两层Φ10@160板筋;并在说明中提出严格检查原材料的质量、严控混凝土的浇捣及养护时间等。4)本人防地下室底板为卧置于基础上,且地基土质较好,按《人民防空地下室设计规范》4.11.7条可适当降低最小配筋率,且配筋宜细而密,钢筋间距宜在100~200mm范围内,故在满足平时控制的要求下,配率取值约0.2%,通长配筋为Φ14@160,部分较大边跨及支座处加设附加钢筋,间距对应通长筋也为160。5)人防区底板双层钢筋间均设Φ8@480mm×480mm的梅花状布置拉结筋,小于规范要求的不大于500mm。

4结语

本文主要从工程实例出发,阐述了对人防地下室底板按倒无梁楼盖设计过程的一些经验总结。从设计角度看,计算简单,工作量相对较小;从施工角度看,施工方便且费用相对较低;从建设角度看,与同类可比的人防地下室相比,节省至少15%土建成本,建设速度快,为尽快回收投资提供了宝贵的时间。

作者:吴文韬单位:惠州市人防工程设计院有限公司

建筑设计管理杂志责任编辑:杨雪    阅读:人次