| 标题 | 某超高层结构在水平荷载作用下楼板应力分析 |
| 范文 | 陈林 摘要： 对于超高层大板结构，楼板不仅要承受竖向荷载和传递水平荷载，且还要协调各抗侧力构件之间的变形。通过YJK软件，采用弹性板6单元进行楼板应力分析，水平荷载下产生的楼板应力与竖向荷载下的应力进行对比分析，可知水平荷载产生的面外弯矩和面内应力不可忽视，给出了应力分布云图和各工况应力对比图表。通过楼板承载力简化计算公式，计算楼板配筋并给出相应楼板构造措施，为以后的工程提供一定的参考。 Abstract： For super high-rise slab structures， the slab not only bears vertical loads and transmits horizontal loads， but also coordinates the deformation between the anti-lateral forces. Through YJK software， the stress analysis of the floor slab is performed using the elastic plate 6 units. The stress between the floor stress generated under horizontal load and the stress under vertical load is compared and analyzed. It can be seen that the out-of-plane bending moment and in-plane stress produced by the horizontal load cannot be ignored. The stress distribution cloud diagram and the stress comparison chart for each working condition are given. Through the floor slab bearing capacity to simplified calculation formula， the floor reinforcement is calculated and the corresponding floor structure measures are given， to provide a certain reference for future projects. 关键词： 弹性板6；面外弯矩； 面内应力； 对比分析 Key words： elastic plate 6；out-of-plane bending moment；in-plane stress；comparative analysis 中圖分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）20-0151-02 1 工程概况 本工程位于深圳市南山区蛇口，为商业、住宅及办公为一体的综合体，该项目四层全埋地下室，一层半地下室，三层裙房及五栋超高层塔楼，总建筑面积约23.1万m2。本文取A栋塔楼楼板进行分析，本塔楼主要用途为办公和公寓，框架核心筒结构，地下4 层，地上43 层，嵌固端在全埋地下室顶板，高度为189.9m，主楼柱网尺寸为7.3m 及6.7m。由于本楼要满足多种建筑功能的需要，且楼层荷载大的特点，所以结构外框柱与钢筋混凝土核心筒之间在X方向（短向）仅有四条框架梁相连，其余位置外框柱与内筒之间采用200mm现浇混凝土板连接。此结构形式较为复杂，结构中楼板的作用更为重要。 2 楼板设计中所面临的问题 对于高层结构而言，楼板内除了有面内的轴向正应力与剪应力外，还有面外的弯曲正应力。而目前楼板设计大多还采用的常规计算软件，只考虑竖向荷载的作用，而水平荷载作用下的楼板面内应力与面外正应力并未考虑。如本楼的结构形式采用此种方法，则会丢失水平荷载作用下的应力，出现安全隐患。对于竖向荷载作用下，指导楼板配筋的应力主要是面外的弯曲正应力，其他应力对于工程设计来说可以忽略不计；对于水平荷载作用下，楼板应力应由面外的弯曲正应力（如图1）和面内的轴向应力（如图2）共同组成。则指导楼板受弯配筋（板底）的应力应由竖向荷载的面外正应力和水平荷载的面外正应力叠加；楼板的受拉配筋（支座处）的应力主要是水平荷载的面内轴向应力。 3 本工程的楼板应力分析 本文采用YJK软件，采用弹性板6单元进行模拟，板单元网格尺寸为1m。挑选建筑16层（楼板砼等级C35）为模型分析楼层，取6个点分析楼板顶面及底面的应力，平面位置如图3所示。软件进行楼板应力计算，得出各工况下板顶与板底的应力值，并根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ3-2010第3.11.3条公式，计算不同荷载工况及荷载组合下各点的应力，得到弹性状态下楼板的最大应力值，结果见表1～表2。 由表1可以看出，以A点为例，风载作用下楼板的应力（顶面Sigxx）为恒荷载作用下楼板的应力（顶面Sigxx）的69.3%；风荷载作用下楼板的应力（顶面Sigxx）为地震作用下楼板应力的2.1倍。因此水平荷载作用下本工程的楼板应力不可忽视，风荷载的影响更为显著。 竖向荷载及水平荷载（地震）作用下的X向典型楼板应力云图见图4～图5，Y向楼板应力云图未示出。 以上云图中楼板在与剪力墙、柱相接位置及角部位置出现应力集中，应力值较大，此时混凝土应力重分布之后，应力便会下降，故此应力集中位置无需根据较大应力值计算配筋，但需在此影响范围内加强配筋，使结构在小震作用下楼板保持弹性。本工程楼板应力由小震控制，故按小震组合结果进行楼板设计；且复核中震下楼板的拉应力与剪应力，中震作用下楼板的拉应力均小于楼板的抗拉强度标准值ftk=2.20MPa（C35）；剪应力小于0.15fck=3.51MPa（C35），使楼板在中震下不产生裂缝或有效地控制裂缝宽度。 4 楼板承载力计算 由表1～2中楼板的最大计算应力值，采用简化计算公式（1）、（2）进行弹性承载力简化计算，并根据计算结果进行配筋，且需满足楼板最小配筋率要求。 4.1 轴力引起的单侧配筋 5 结论 ①从应力分布来看，水平荷载作用下的楼板应力不可忽视，在设计中应当考虑面内轴向应力，用于控制楼板可能发生的受拉破坏；②对于不规则结构，弯曲正应力应由竖向荷载的面外正应力和水平荷载的面外正应力叠加，不能仅考虑竖向荷载作用下的面外正应力；③在应力集中位置无需根据较大应力值计算配筋，但需在此应力集中范围布置加强配筋，使结构在小震作用下楼板保持弹性，中震作用下裂缝宽度得以有效控制；④通过楼板承载力简化计算公式计算得到楼板的计算配筋，且需满足楼板最小配筋率要求；⑤本工程在无框架梁相交的框架柱处设置与框架柱同宽且与楼板同厚的暗梁来保证水平荷载的传递和协调抗侧力构件的变形，暗梁配筋考虑楼层水平荷载后计算得出。 参考文献： [1]混凝土结构设计规范：GB50010-2010 [S].2015年版. [2]建筑抗震设计规范：GB50011-2010[S].2016年版. [3]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ3-2010[S]. |
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