建筑地下室顶板加腋大板结构设计

建筑地下室顶板加腋大板结构设计

刘佳

关键词：建筑地下室；顶板结构设计；加腋大板

1、加腋大板结构的概述与加腋梁板结构受力特点

1.1加腋大板结构的概述

近年来，越来越多的地下室顶板采用了加腋大板的结构形式。由于地下室顶板覆土比较重，而且跨度一般在8米以上，地下室顶板经常作为地上结构的嵌固层，相关规定中规定作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖采用梁板结构，且楼板厚度不宜小于180mm，再加上地下室柱的分布比较规则，因此加腋大板就成为结构设计师最好的选择。加腋大板本质上是梁板结构。由于板的厚度比较大，且板在与梁交接的负弯矩段加腋，这样的设计使得板弯矩最大的地方厚度最大，配筋能减小。从结构受力概念上来分析，加腋大板属于双向拱空间结构，其优异的空间传力性能能有效减小板中的弯矩。

1.2加腋梁板结构受力特点分析

加腋梁在竖向荷载作用下，会产生较为明显的拱效应，在梁内产生轴压力，类似于拱桥的受力特点；加腋大板也可看做双向拱的拱壳空间结构，其受力性能优于平面构件，相对于十字梁结构，没有次梁产生的跨中集中荷载，其荷载传递更为均匀，有利于减小梁支座及跨中弯矩；支座处加腋对于控制控制梁板支座处配筋、减小裂缝具有明显作用。

2、加腋大板的结构原理

加腋大板结构指的是在现浇混凝土的结构柱网里面，只是设置在轴网上的框架梁，没有设置其他的次梁，楼板是由斜腋形式的平板所组成。在实际设计中，对于整跨市依据最大弯矩来设置支座钢筋的，这样会造成支座两端的钢筋无法真正地实现全部利用，此时板支座的弯矩要比跨中的弯矩大很多。要想将结构的用钢数量降低，可以对于支座的受力截面进行加大，使支座的弯矩减小，跨中板的厚度不变，从而使自身的质量不会增加。

使用加腋大板系统可以充分满足上述需要，经过对加腋板和对等截面厚板的运算可知，在板的每侧选取净跨为1/5的有效范围来做加腋处理，可以较好地控制混凝土的使用数量、使支座弯矩减小，还会使自身的质量有所增加。经过有限元的分析可以发现，这个范围内板底会受到较大的压力，会使板底出现裂纹，这个范围内的底筋只要满足构造即可。加腋以后板的截面会变大，那些尺度相差不大的框架梁的刚度一定要引起重视，框架梁和厚板之间会构成T型的梁截面，矩形梁腹板和板翼缘一起来承担T型截面的弯矩。截面总弯矩的1/3由翼缘来承担，弯矩包括大板支座的负弯矩和梁翼缘所承担的梁弯矩，在进行施工时，要想节省1/3的梁面钢筋，可以着重考虑矩形梁配筋和翼缘配筋。

3.实例分析建筑地下室顶板中的加腋大板结构设计

3.1工程概况

某高层建筑项目，总建筑面积34.98㎡，其中单层地下室面积约7.8万㎡，纯地下室面积约5.8万㎡。地下室采用框架结构，主要柱网尺寸为8.1m×8.1m，顶板主要覆土厚度1.5m，设计时以顶板作为上部结构的嵌固端。常规的顶板楼盖体系有：根据《建筑抗震设计规范》要求，地下室在地上结构相关范围内应采用梁板结构。本工程顶板覆土厚度较大，且甲方对含钢量有要求，故设计时采用变截面加腋大板体系，板支承在框架主梁上，不设次梁。

3.2加腋大板体系分析原理

根据结构力学及混凝土结构分析理论，对8.1m跨的双向板在均布荷载作用下，其板支座只在跨中1/3范围内有较大弯矩分布，其余位置都较小，而实际施工图设计中都是整跨按最大弯矩配置支座钢筋，导致板支座两端钢筋没有被充分利用，同时板支座弯矩相对跨中弯矩较大。若能增大支座受力截面减小支座弯矩，同时又不增加跨中板厚以减小自重，便能有效的减小结构用钢量。加腋大板体系即能满足以上要求，通过对等截面（等体积）厚板与加腋板的计算对比可知，在板各侧取净跨约1/5范围内做加腋既能有效减小支座弯矩又不会明显增加自重和混凝土用量。同时，有限元分析结果表明在此范围内板底受压，故板底筋可在此处断开，该范围底筋只需要满足构造要求即可。

由于加腋后板截面较大，对于尺度相近的框架梁来说，其刚度不可忽略，厚板与框架梁形成T型梁截面，T型截面的弯矩由板翼缘和矩形梁腹板共同承担。计算结果显示翼缘承担的弯矩比例约占截面总弯矩的35%，此弯矩即包括作为梁翼缘承担梁的弯矩，也包括作为大板的支座负弯矩。实际配筋时将翼缘与矩形梁配筋分别考虑，最多可节省35%的梁面钢筋，同时此方法比传统计算模式更加符合强柱弱梁的概念要求。

3.3有限元分析方法

由于加腋板无法用常规的计算软件进行分析，故本工程采用MIDASGEN通过有限元方法进行分析计算。由于截面的渐进变化，最合适的是采用实体单元。MIDASGEN可通过CAD软件导入加腋板线模型，然后在软件中转为实体模型，并通过网格划分形成实体单元，板单元平面最大尺寸取0.5m，即可满足工程精度要求。分析时，建立5×5柱跨的结构模型，板跨中等截面厚度取250mm，加腋后板最厚处取450mm，变截面范围从板边算起1.5m，框架梁截面取550mm×900mm，框架柱截面取600mm×600mm。

3.4施工图设计流程

通过积分运算提取不同截面的内力，根据混凝土设计理论即可进行配筋设计及裂缝验算。对于不同柱跨尺寸的结构单元，可分别建立有限元模型或根据标准柱跨模型进行等效设计。加腋板体系设计的一般步骤可归纳如下：

①根据实际设计的梁截面和板截面建立有限元受力模型，输入荷载工况进行受力分析；②根据一般方法采用常规结构设计软件（如PKPM）建立等截面模型并计算；③根据有限元计算结果判断梁腹板承担总弯矩的比例，对结构设计软件计算结果的弯矩进行折减再配筋，或者根据经验直接对梁配筋数值进行折减，以此结果进行施工图梁配筋。如果对裂缝有要求，按折减后的弯矩校核裂缝宽度；④根据有限元计算结果对加腋板进行配筋，同时验算T型梁翼缘的配筋是否满足，有裂缝控制要求时再进行裂缝宽度验算。

经比较，本工程若采用井字梁或十字梁体系造价更高。造价相对较低的十字梁体系总成本约475元/㎡，相比于加腋大板总成本433元/㎡约高10%（相同荷载及相同裂缝宽度要求情况下）。本工程采用加腋大板体系可节约造价250万元以上，经济优势很明显。

结束语

综上所述，加腋大板是一种受力合理，经济节约的结构形式，它特别适用于荷载较重、柱距较大的地下室结构中。地下室顶板采用加腋大板方案，具有更优越的使用性能，例如可以节省造价、节省工期、节省，为企业取得经济和社会效益。

参考文献

[1]范松伟.建筑地下室顶板加腋大板体系结构设计[J].工程建设与设计，2015，（18）.

[2]董小花.探讨高层建筑地下室顶板嵌固的设计[J].城市建设理论研究，2015，（10）.