徐 迪

(上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海200041)

引言

當前，隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，各種新型結(jié)構(gòu)體系日益增多，這對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了新一輪的挑戰(zhàn)。密肋樓蓋是一種比較經(jīng)濟合理的樓板體系，在日常工程中有較多應用，不僅自重輕，還有較好的凈空高度。常規(guī)工程中密肋樓蓋一般應用于跨度或柱網(wǎng)小于或等于12 m的結(jié)構(gòu)體系中，但是當跨度大于12 m甚至達到26 m，且存在14 m懸挑結(jié)構(gòu)時，密肋梁如何布置，如此大跨度密肋樓蓋撓度裂縫如何保證，結(jié)構(gòu)施工圖如何設(shè)計等一系列問題成為技術(shù)難點。本文以實際工程為例，結(jié)合近幾年大跨度密肋樓蓋的研究成果，探索大跨雙向預應力密肋樓蓋-剪力墻結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法。

1 工程概況

某項目位于上海市嘉定區(qū)，擬建項目以研發(fā)辦公、產(chǎn)品試制用房為主，配合部分園區(qū)服務中心和商務配套用房。地上總建筑面積約16 m2，地下總建筑面積約4.5萬 m2。整個項目分為A、B、C、D和E等5個地塊，各地塊均包含若干單體。其中B地塊包括1T座、2T座、3T座、4T座共4個組合，每個組合包括若干棟樓，共計15棟小面積的3層塔樓、7棟大面積的5層塔樓，以及包圍塔樓的2層裙房。本地塊無地下室。每棟樓標準層平面形狀為不規(guī)則多邊形，僅在周邊布置有墻，中間無柱，樓蓋跨度從12 m到26 m。典型樓面形勢、典型剖面、典型立面如圖1、2、3 所示。

圖1 典型樓面形式

圖2 典型剖面

根據(jù)建筑設(shè)計，立面窗洞呈不規(guī)則的形式，上下不對齊，如圖3所示。

圖3 典型立面形式

本地塊各單體均由2層裙房作為各塔樓的底盤。裙房呈方形，邊長約50～70 m。其中二層樓面為室外平臺，三層樓面則為輕型屋面(無防水、保溫功能)。根據(jù)建筑設(shè)計要求，首層柱應盡量少，故造成二層樓面有大量懸挑，最大懸挑跨度達9～14 m。

2 大跨雙向預應力密肋樓蓋-剪力墻結(jié)構(gòu)體系受力分析及設(shè)計

本地塊建筑單體樓蓋跨度大，且不能立柱，因此需要一種有效的梁板樓蓋體系以承受豎向荷載并傳遞水平力。由于密肋樓蓋有良好的整體性，且剛度大，承載力高，抗震性能好，因此樓蓋采用雙向密肋樓蓋。根據(jù)本地塊建筑設(shè)計特點，塔樓部分結(jié)構(gòu)選型采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系，裙房部分布置跨度不等的柱僅傳遞豎向荷載。整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)力為剪力墻體系以承擔密肋梁在水平荷載作用下所產(chǎn)生的彎矩和剪力。剪力墻主要沿外立面布置，內(nèi)部電梯井道、樓梯間、設(shè)備管井等亦布置有剪力墻。由于樓蓋跨度達12～24m，故擬采用雙向預應力密肋體系，如圖4所示。裙房二層結(jié)構(gòu)的密肋體系如圖5所示。

圖4 典型塔樓結(jié)構(gòu)平面

圖5 典型裙房二層結(jié)構(gòu)平面

結(jié)構(gòu)整體計算采用SATWE進行結(jié)構(gòu)整體分析。裙房三層則采用鋼管柱+H型鋼梁+壓型鋼板輕型屋面體系，不參與整體抗側(cè)作用，僅考慮豎向荷載和風荷載。由于外立面窗洞上下錯位，因此墻板須進行細致的有限元分析，于是采用PMSAP進一步分析，找出應力集中部位，并予以加強。具體做法為沿外墻在樓面標高處設(shè)置圈梁，厚度大于墻厚，作為洞口加強。在SATWE中完成整體結(jié)構(gòu)分析后，將模型轉(zhuǎn)入復雜樓板有限元計算模塊(SLABCAD)進行密肋樓蓋的分析計算，以保證復雜樓蓋板計算分析的準確性及精度。

本地塊各單體不規(guī)則性主要表現(xiàn)為:1)二層外挑超過4 m;2)二層平面處，分裂為多個塔樓，4T塔樓偏置;3)二層平面有樓面大開洞;4)外墻洞口上下不對齊，形成豎向不規(guī)則。針對所存在的不規(guī)則性，結(jié)構(gòu)設(shè)計采取以下措施以保證計算分析的準確性和結(jié)構(gòu)的安全合理性:1)整體計算時將按彈性樓板、多塔進行，充分考慮多塔、樓板洞口的不利影響;2)錯洞墻板進行有限元分析，配筋設(shè)計考慮應力分析結(jié)果;3)靠近凹口兩側(cè)的暗柱箍筋全高加密;4)二層樓面作為上部多塔的底盤屋面將予以加強，特別是多塔之間的連接屋面將予以加強;5)密肋樓蓋跨度較大，采用雙向預應力密肋梁以滿足撓度要求。結(jié)構(gòu)整體計算分析主要結(jié)果如表1所示。圖6為4T樓最大樓蓋PKPM梁平法施工圖模塊梁板共同作用計算撓度，均滿足規(guī)范要求，后期進行預應力設(shè)計便能滿足舒適度要求。

表1 結(jié)構(gòu)整體計算分析主要結(jié)果

圖6 密肋樓蓋計算撓度圖

3 結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計

本工程剪力墻眾多，從而導致大量邊緣構(gòu)件設(shè)計，雖然數(shù)量眾多，但比較常規(guī)，不難下手。但是密肋樓蓋的配筋難度較大，由于樓蓋跨度較大，從而導致密肋梁跨中及支座處配筋較大，且樓蓋平面形狀不規(guī)則，無規(guī)律可循，因此一般的梁平法標注及統(tǒng)一說明無法應用，再者考慮到經(jīng)濟性要求，不宜對密肋梁全跨拉通配筋。密肋樓蓋配筋的合理性將會直接影響工程整體樓蓋的經(jīng)濟性、樓板面混凝土開裂狀況以及施工的便利性。密肋樓板的配筋也不同于常規(guī)工程中的普通梁板樓蓋體系的板配筋，其主要的受力鋼筋為梁跨中下部受拉鋼筋及支座處負筋。若對密肋梁逐根配筋，又會帶來較大工作量，因此需要一種快捷且準確的配筋方法來解決以上問題。

本工程通過AUTOCAD VBA編程，直接利用PKPM生成的結(jié)構(gòu)平面梁配筋結(jié)果圖，讀取其中的梁配筋面積，自動分析配筋面積值，并將定義區(qū)間的配筋面積數(shù)值轉(zhuǎn)變?yōu)轭A先定義的特殊符號，用以表示具體的梁配筋方案，具體編程思路及實現(xiàn)方式如圖7所示。

圖7 編程思路及實現(xiàn)方式

通過該VBA程序，生成的密肋梁"配筋云圖"，不僅能夠快速完成梁配筋，而且能夠保證配筋的準確性，同時保證了圖面的簡潔明了，不同顏色錯落有致，具有一定的美觀性，如同應力云圖一般。圖8為最終的結(jié)構(gòu)梁板配筋施工圖。

圖8 結(jié)構(gòu)梁板配筋施工圖

4 結(jié)論

(1)大跨雙向預應力密肋樓蓋-剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有良好的空間整體性，各階自振周期短，結(jié)構(gòu)側(cè)移小，抗震性能優(yōu)越。

(2)對于復雜樓蓋體系，需要分析精度更高的軟件進行計算分析，避免計算結(jié)果的失真。

(3)密肋樓蓋應采用有效的措施加強梁支座剛度及合理的配筋方案，以避免支座及大跨梁梁底混凝土開裂。

(4)利用AUTOCAD VBA編程，快速高效準確地完成密肋梁配筋，能將結(jié)構(gòu)工程師從繁瑣重復的施工圖中解放出來，將更多的靜力用于結(jié)構(gòu)分析，提高結(jié)構(gòu)整體的安全性及經(jīng)濟性。

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