1、广 东 土 木 与 建 筑G U A N G D O N G A R C H I T E C T U R E C I V I L E N G I N E E R I N G2 0 0 8年 7 月第 7 期J U L 2 0 0 8N o . 71 加 腋 整 间 大 板 结 构 的 定 义在 现 浇 混 凝 土结 构 的 柱 网 中 , 仅设 轴 网 上 的 框 架 梁而 不 设 其 他 次 梁 、楼 板 由 带 有 斜 腋 的平 板 所 组 成 的 楼 盖结 构 , 称 为 加 腋 整间 大 板 结 构 , 如 图 1所 示 。2 加 腋 整 间 大 板结 构 的 优 点在 某 些 由 于
2、 承 受 楼 面 荷 载 较 大 或 防 水 抗 渗 要 求而 需 要 设 计 较 厚 楼 板 的 楼 层 , 采 用 加 腋 整 间 大 板 结构 , 具 有 全 方 位 的 优 越 性 , 包 括 :2 . 1 构 件 受 力 合 理 。首 先 对 于 楼 板 来 说 , 既 然 楼 层 需 要 较 厚 楼 板 , 为了 充 分 发 挥 厚 板 的 承 载 能 力 ( 强 度 和 刚 度 ) , 其 板 跨可 尽 量 地 大 。 如 按 1 3 5 高 跨 比 设 计 , 则 2 0 0 2 5 0 m m厚 的 板 跨 可 达 7 . 0 8 . 7 5 m , 若 在 平 面 外 刚
3、度 很 大 的 平板 中 加 设 任 何 形 式 的 次 梁 ( 单 向 次 梁 、 十 字 交 叉 梁 或井 字 交 叉 梁 等 ) , 对 于 厚 板 的 受 力 都 是 无 助 的 。 加 腋整 间 大 板 也 可 看 作 双 向 拱 的 拱 壳 空 间 结 构 , 虽 然 设计 中 仍 以 平 面 板 构 件 对 待 , 但 从 外 形 及 受 力 机 理 来说 , 其 空 间 结 构 作 用 是 明 显 的 , 而 空 间 结 构 的 受 力 性能 是 优 于 平 面 构 件 的 ; 其 次 对 于 框 架 梁 来 说 , 整 间 大板 传 来 的 荷 载 尽 管 不 是 均 布 的
4、 , 即 使 是 三 角 形 或 梯形 荷 载 , 总 比 布 置 次 梁 传 来 的 集 中 荷 载 均 匀 得 多 , 框架 梁 中 的 弯 矩 峰 值 , 前 者 比 后 者 要 小 , 在 框 架 梁 中 产生 的 弯 矩 分 布 , 前 者 比 后 者 更 均 匀 , 框 架 梁 各 截 面 的性 能 得 到 充 分 利 用 , 从 而 发 挥 了 框 架 梁 的 承 载 能 力 。2 . 2 施 工 方 便 快 捷 。不 设 次 梁 平 板 , 无 论 是 模 板 安 装 , 还 是 制 作 、 绑扎 钢 筋 等 工 序 都 省 料 省 工 , 这 是 显 而 易 见 的 , 为
5、工 程缩 短 施 工 工 期 提 供 了 有 利 条 件 。2 . 3 室 内 空 间 观 感 舒 畅 。可 以 想 象 , 在 不 设 吊 顶 的 室 内 上 空 , 即 使 有 水 电消 防 管 线 的 架 设 , 但 由 于 不 存 在 次 梁 , 室 内 空 间 的 观感 要 简 洁 、 清 爽 得 多 , 这 为 使 用 者 在 视 觉 观 感 方 面 创造 了 良 好 的 空 间 环 境 。2 . 4 经 济 技 术 指 标 较 优 。从 结 构 受 力 基 本 原 则 衡 量 , 如 果 结 构 构 件 受 力合 理 、 截 面 选 取 合 适 、 构 件 内 力 分 布 均 匀
6、 , 则 技 术 经济 指 标 较 优 , 加 腋 整 间 大 板 结 构 符 合 此 原 则 。 与 常 规结 构 布 置 相 比 , 加 腋 整 间 大 板 结 构 的 梁 板 混 凝 土 用量 略 少 , 而 构 件 总 配 筋 用 量 远 少 于 加 设 次 梁 的 常 规结 构 , 详 见 后 述 。3 加 腋 整 间 大 板 结 构 合 适 的 应 用 部 位综 上 所 述 , 加 腋 整 间 大 板 结 构 适 用 于 承 受 楼 面荷 载 大 或 由 于 防 水 抗 渗 要 求 而 需 要 较 厚 楼 板 的 楼盖 。 对 于 民 用 建 筑 来 说 , 需 较 厚 楼 板 的
7、 楼 盖 最 典 型 的部 位 应 为 人 防 地 下 室 顶 板 、 厚 填 土 的 地 下 室 顶 板 或裙 楼 顶 板 等 。3 . 1 人 防 地 下 室 顶 板不 论 是 防 常 规 武 器 还 是 防 核 武 器 的 人 防 地 下室 , 其 顶 板 所 承 受 的 爆 炸 等 效 荷 载 都 非 常 大 , 板 厚 自然 要 大 , 加 上 防 辐 射 要 求 , 其 板 厚 都 在 2 0 0 m m 以 上 ,承 受 如 此 大 楼 面 荷 载 的 厚 板 结 构 , 如 再 在 柱 网 中 加加 腋 整 间 大 板 结 构 的 设 计 及 应 用彭 丽 红 张 元 坤( 广
8、 州 容 柏 生 建 筑 工 程 设 计 事 务 所 广 州 5 1 0 1 7 0 )摘 要 : 对 加 腋 整 间 大 板 结 构 进 行 全 面 论 述 , 从 结 构 受 力 、 施 工 难 易 程 度 、 建 后 效 果 和 经 济 性 等 方 面 阐 述 其 优 点 ,并 对 该 结 构 形 式 的 应 用 及 设 计 提 出 指 引 性 意 见 。关 键 词 : 整 间 大 板 ; 人 防 顶 板 ; 露 天 顶 板 ; 截 面 取 值 ; 内 力 计 算 ; 配 筋 形 式1 - 1图 1 加 腋 整 间 大 板 结 构 示 意 图1 18彭 丽 红 等 : 加 腋 整 间 大
9、 板 结 构 的 设 计 及 应 用 J U L 2 0 0 8 N o . 72 0 0 8 年 7 月 第 7 期设 任 何 形 式 的 次 梁 都 无 法 发 挥 厚 板 的 固 有 承 载 能力 , 不 仅 构 件 受 力 不 合 理 , 而 且 会 造 成 结 构 技 术 经 济指 标 的 上 升 , 因 此 人 防 地 下 室 顶 板 采 用 加 腋 整 间 大板 结 构 是 最 合 适 且 合 理 的 。3 . 2 厚 填 土 的 露 天 顶 板此 部 位 的 楼 面 由 于 厚 填 土 使 得 其 楼 面 荷 载 特 别大 , 其 次 由 于 景 观 、 绿 化 原 因 而 使
10、 露 天 顶 板 经 常 与 水接 触 , 该 处 楼 板 有 防 水 抗 渗 要 求 而 需 要 有 相 当 大 的板 厚 , 因 此 从 结 构 构 件 受 力 和 经 济 性 方 面 权 衡 , 厚 填土 的 露 天 顶 板 同 样 适 合 采 用 加 腋 整 间 大 板 结 构 。有 的 工 程 设 计 , 将 人 防 地 下 室 顶 板 和 厚 填 土 露天 顶 板 两 个 部 位 采 用 施 加 预 应 力 , 企 求 以 预 应 力 来抵 抗 重 荷 载 产 生 的 构 件 弯 矩 。 对 于 前 者 , 由 于 楼 板等 效 荷 载 是 罕 见 的 瞬 间 荷 载 , 如 按
11、常 规 设 计 以 曲 线形 布 置 预 应 力 钢 筋 , 由 于 等 效 荷 载 并 未 发 生 , 故 在 梁板 的 跨 中 会 产 生 反 拱 作 用 而 致 使 构 件 上 表 面 隆 起 ,造 成 找 平 困 难 或 者 表 面 出 现 裂 缝 而 影 响 使 用 ; 对 于后 者 , 该 部 位 的 施 工 顺 序 是 先 施 加 预 应 力 , 后 进 行 填土 , 其 时 间 差 同 样 会 导 致 构 件 表 面 反 向 起 拱 或 出 现裂 缝 , 因 此 严 格 细 究 , 此 两 部 位 采 用 预 应 力 都 是 不 合适 且 有 害 的 。4 构 件 截 面 取
12、值 及 配 筋 形 式平 板 厚 度 根 据 柱 网 及 板 面 所 承 受 荷 载 大 小 确定 , 一 般 取 2 0 0 2 5 0 m m , 防 护 等 级 较 高 的 人 防 顶板 厚 度 可 能 会 更 大 些 ; 加 腋 高 度 一 般 为 平 板 厚 度的 1 . 5 2 . 0 倍 , 加 腋 长 度 为 板 净 跨 的 1 5 1 6 。 与其 相 配 称 的 框 架 梁 一 般 宜 为 宽 扁 梁 或 扁 梁 , 以 取得 更 大 的 层 净 高 , 而 较 大 的 梁 宽 则 可 保 证 受 拉 钢筋 的 合 理 排 列 , 从 而 保 证 其 有 效 计 算 高 度
13、 h0。 当框 架 梁 的 跨 度 较 大 致 使 支 座 弯 矩 较 大 时 , 则 可 考虑 框 架 梁 端 部 加 腋 , 以 减 少 钢 筋 量 并 改 善 支 座 处的 配 筋 状 况 。平 板 底 筋 采 用 双 向 钢 筋 网 , 钢 筋 间 距 取 1 5 0 或 2 0 0 , 端 部 与 板 加 腋 部 位 的 构 造 斜 筋 交叉 锚 接 ( 如 图 2 ) 。 由 于 加 腋 部 位 为 板 的 受 压 区 ,故 斜 筋 的 直 径 可 比 平 板 底 筋 小 1 2 级 ,间 距 与 平 板 底 筋 相 同 , 当 平 板 底 筋 的 间距 为 1 0 0 时 , 则
14、 斜 筋 可 隔 根 放 置 , 间 距 为 2 0 0 ; 板面 筋 为 双 向 通 长 钢 筋 网 , 间 距 宜 取 2 0 0 , 当 板 支 座 弯矩 较 大 时 , 再 加 间 距 为 2 0 0 的 短 筋 , 短 筋 每 侧 长 度可 为 柱 网 尺 寸 的 1 5 。5 加 腋 整 间 大 板 的 内 力 计 算加 腋 整 间 大 板 是 变 截 面 平 板 , 它 不 能 采 用 一 般方 法 来 计 算 其 板 跨 中 和 支 座 处 的 内 力 , 到 目 前 为 止也 拟 合 归 纳 不 出 以 跨 度 、 平 板 厚 度 、 加 腋 尺 寸 为 参 数的 简 易 公
15、 式 或 经 验 公 式 来 计 算 其 内 力 。 实 际 设 计 中 ,需 采 用 E T A B S 程 序 的 有 限 元 分 析 方 法 来 计 算 其 各部 位 的 内 力 , 从 而 得 出 其 配 筋 规 格 。 虽 然 计 算 方 法 较为 复 杂 , 但 在 计 算 程 序 应 用 较 盛 行 的 时 代 , 这 并 非 难事 , 该 法 的 计 算 结 果 对 于 加 腋 整 间 大 板 这 种 简 单 的构 件 , 其 准 确 度 和 可 靠 度 可 达 到 设 计 要 求 。 结 构 计 算中 还 须 注 意 , 对 于 框 架 梁 跨 中 , 由 于 加 腋 处 厚
16、 板 为 其受 压 区 , 如 将 此 因 素 考 虑 在 内 , 则 框 架 梁 跨 中 弯 矩 将大 大 减 少 , 从 而 使 其 梁 底 筋 配 量 更 合 理 且 更 经 济 。6 加 腋 整 间 大 板 与 常 规 结 构 的 技 术 指 标 比 较采 用 相 同 的 设 计 条 件 , 即 柱 网 8 . 4 m 8 . 4 m , 板 厚h = 2 0 0 m m , 板 面 使 用 荷 载 3 5 k N m2, ( 下 转 第 1 5 页 )图 2 端 部 与 板 加 腋 部 位 斜 筋 的 锚 接表 1 厚 楼 板 结 构 的 材 料 指 标 比 较结 构 类 型加 腋
17、整 间大 板十 字 交 叉次 梁井 字 交 叉次 梁框 架 梁 b h 6 0 0 7 0 0 9 0 0 ( 加 腋 )次 梁 b h加 腋 板 h2=h1+ 1 5 0 = 3 5 04 0 0 6 5 0 3 0 0 6 0 0结 构 布 置 见 图 ! 见 图 “ 见 图 #单 个 柱 网混 凝 土 量 ( m3)2 1 . 9 0 3( 1 . 0 )2 2 . 1 7 6( 1 . 0 1 2 )2 3 . 1 1 2( 1 . 0 5 5 )楼 板次 梁框 梁2 6 1 3 . 2 1 2 5 6 9 4 2- - 1 7 5 1 . 2 2 3 6 62 1 2 1 . 4 3
18、 2 0 3 . 6 2 8 3 3 . 6总 配 筋 量 ( k g ) 4 7 3 4 . 6 ( 1 . 0 ) 6 2 1 0 . 8 ( 1 . 3 1 2 ) 6 1 4 1 . 6 ( 1 . 2 9 7 )用 钢 量 ( k g m2) 6 7 . 1 0 8 8 . 0 2 8 7 . 0 3配 筋 量( k g )! “ #h1h2=2 0 03 5 08400160052001600840042004200840028002800280092 . 1 6 围 檩 抗 弯 强 度 验 算围 檩 水 平 间 距 为 3 . 0 m , 按 两 端 固 端 计 算 。Mx= M
19、A= - q l21 2 = - 1 9 6 . 1 3 . 021 2 = - 1 4 7 . 1 k N mMxrxWn x=1 4 7 . 1 1 061 . 0 5 7 7 9 1 03= 1 7 9 . 8 f = 2 1 5 N m m2式 中 : rx为 截 面 塑 性 发 展 系 数 , 对 I 字 形 截 面 rx= 1 .0 5 ,3 0 0 2 0 0 的 H 型 钢 Wn x= 7 7 9 c m3。3 基 槽 底 部 验 算 ( 按 钢 板 桩 长 度 9 m 计 算 )3 . 1 基 槽 底 部 抗 隆 起 验 算根 据 文 献 3 , 基 坑 底 部 抗 隆 起
20、验 算 公 式 为 :K =2 g H Kat a n j + 2 p cq + g H+2 g H2 Kat a n j + 4 h c( q + g H ) h式 中 : H 为 桩 的 深 度 ; h 为 基 槽 的 最 大 开 挖 深 度 。 代入 各 参 数 值 , 得 K = 1 . 4 4 1 . 0 , 满 足 要 求 。3 . 2 基 槽 底 管 涌 验 算K =( h + 2 t ) g h gw=( 2 . 1 + 2 2 . 4 ) 8 . 02 . 1 1 0= 2 . 6 1 . 5满 足 要 求 。式 中 : h 为 地 下 水 位 至 槽 底 的 距 离 , 即
21、 地 下 水 形 成 的水 头 差 ; t 为 桩 入 土 深 度 。3 . 3 基 槽 底 控 制 渗 水 量 计 算基 槽 开 挖 长 度 按 1 0 0 m 计 。Q = K A i =K A h h + 2 t=8 2 . 2 1 0 0 2 . 12 . 1 + 2 2 . 4= 5 3 5 . 7 m3d = 2 2 . 3 m3h式 中 : Q 为 基 槽 内 单 位 时 间 的 渗 水 量 ( m3d ) ; K 为 土的 渗 透 系 数 , 根 据 地 质 资 料 , 粉 细 砂 K = 8 m d ; A 为桩 闭 合 所 构 成 的 槽 底 面 积 ( m2) ; i 为
22、 水 头 梯 度 ; h 为 水头 差 ( m ) ; t 为 桩 入 土 深 度 ( m ) 。考 虑 到 钢 板 桩 施 工 质 量 因 素 , 将 渗 水 量 放 大 2 倍即 每 1 0 0 m 基 槽 的 的 渗 水 量 为 2 2 . 3 3 = 6 6 . 9 m3h , 基槽 开 挖 可 以 采 用 5 6 台 功 率 2 . 2 k W 、 流 量 2 0 m3h 的潜 水 泵 进 行 明 排 水 施 工 。3 . 4 基 槽 支 护 设 计 成 果根 据 上 述 设 计 计 算 , 开 挖 深 度 6 . 0 m 的 基 槽 采用 长 9 . 0 m 的 拉 森 钢 板 桩
23、 , 开 挖 深 度 大 于 6 . 0 m 的基 槽 采 用 长 1 2 . 0 m 的 拉 森 钢 板 桩 。 采 用 2 道 支 撑 ,围 檩 、 支 撑 均 采 用 3 0 0 2 0 0 的 H 型 钢 , 钢 板 桩 顶 基本 与 地 面 齐 平 , 支 撑 分 别 位 于 桩 顶 下 1 . 2 m 和 4 . 5 m处 , 水 平 间 距 3 . 0 m , 钢 板 桩 入 土 深 度 为 3 . 0 5 . 4 m 。4 施 工 应 用在 A 5 - ( 1 9 3 2 ) 管 段 , 按 照 以 上 基 槽 支 护 设 计 方法 进 行 计 算 , 不 但 解 决 了 地
24、下 工 程 的 挡 土 问 题 , 还 只采 用 明 排 水 而 未 采 取 其 他 降 水 措 施 , 如 井 点 降 水 等 ,不 但 很 好 地 将 地 下 水 控 制 在 施 工 许 可 范 围 内 , 还 节约 了 成 本 , 提 高 了 施 工 速 度 , 施 工 进 展 非 常 顺 利 , 达到 了 安 全 、 高 效 、 环 保 的 目 的 。本 文 系 统 地 建 立 了 拉 森 钢 板 桩 在 管 道 基 槽 支 护中 应 用 的 设 计 方 法 与 简 易 手 算 计 算 模 型 , 并 经 过 实践 检 验 , 证 明 该 法 是 安 全 可 靠 的 。参 考 文 献
25、1 余 志 成 等 . 深 基 坑 支 护 设 计 与 施 工 M . 北 京 : 中 国 建 筑工 业 出 版 社 , 2 0 0 4 2 本 书 编 写 组 . 建 筑 结 构 静 力 计 算 手 册 M . 北 京 : 中 国 建筑 工 业 出 版 社 3 江 正 荣 . 建 筑 施 工 计 算 手 册 M . 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出版 社 , 2 0 0 7 4 D B J T 1 5 - 2 0 - 9 7 ( 广 东 省 标 准 ) 建 筑 基 坑 支 护 工 程 技术 规 程 S 广 东 土 木 与 建 筑 J U L 2 0 0 8 N o . 72 0 0 8 年 7 月 第 7 期#混 凝 土 强 度 等 级 C 3 0 , 钢 筋 级 。 但 采 用 不 同 的 结 构布 置 , 即 : 加 腋 整 间 大 板 ; 十 字 交 叉 次 梁 ; 井 字交 叉 次 梁 。从 表 1 可 见 , 一 个 柱 网 的 楼 盖 混 凝 土 用 量 以 加腋 整 间 大 板 结 构 最 少 , 其 他 加 次 梁 的 楼 盖 均 略 多 ; 用钢 量 方 面 也 是 加 腋 整 间 大 板 结 构 最 少 , 其 他 加 次 梁楼 盖 均 比 其 增 加 多 达 3 0 % 左 右 。( 上 接 第 9 页 )1 5
