空心板参数设置对空心板性能的影响分析

空心板参数设置对空心板性能的影响分析

孙瞳

中核第四研究设计工程有限公司 建筑所 石家庄 050000

摘要：空心楼盖具有自重轻、整体性能好、隔音效果好、施工快等优点，近年来得到越来越多的应用，本文通过建立现浇空心楼盖的有限元模型，通过整体和剖面的受力云图，分析了空心板的整体受力特性，通过修改肋梁宽、上下板厚和板厚几种不同的几何参数，得出不同几何参数对空心板的影响规律，为今后设计中的设计优化提供了依据。

关键词：现浇混凝土空心楼盖 有限元 几何参数

1.概述

现浇混凝土空心楼盖几何参数的设置决定了其结构性能的优劣，板顶、板底的混凝土厚度，肋梁宽度，内模尺寸的确定都是设计中必然要遇到的问题， 本文选取YJK模型的其中一跨来建立参数模型，通过ANSYS建立不同的参数模型，得到不同几何参数对空心楼盖结构性能的影响规律，进而得出在设计中如何优化空心板参数。为今后设计中的参数设置提供可靠依据。

2.模型建立与网格划分

混凝土采用的是ANSYS中的钢筋混凝土实体元SOLID65单元，泊松比ν=0.2。SOLID65单元可用于含钢筋的三维实体模型，该模型具有拉裂与压碎的性能，是用来模拟混凝土较为理想的单元。

建立模型时，先通过体减体建立一个空心单元实体模型，通过两次双向复制后得到空心板模型，再增加四周的梁实体单元模型，最后进行体粘接，完成空心板的几何建模过程。将空心板与四周的梁模型网格划分时，先在关键位置处进行体切分，然后采用六面体单元划分网格。

3支撑条件和加载分析

在空心板四角柱子范围内施加刚性约束，在空心板上施加10kN/m²的竖向均布荷载，然后进入后处理器得到计算结果。根据板厚270 mm，上下板厚均为60 mm，肋宽为100 mm的空心板模型的计算结果可以知道，单跨板计算时位移分布更加均匀，与空心板受到的均布荷载产生的弯矩分布规律一致。挠度由板边到板中逐渐增大，在板中心挠度值达到最大，位移云图基本是以板中心为圆心的同心圆，说明空心板和实心板一样有双向受力的特性。YJK在计算空心的挠度和裂缝时并未考虑肋梁的双向受力，但从工程设计上来说是偏于安全的。

图3 空心板X向应力云图 图4空心板Y向应力云图

由空心板的ANSYS剖面应力云图3和4可以看出，空心板X向和Y向的应力分布几近相同，说明了空心板的双向受力特性。受压区与受拉区的分布也与盈建科的计算结果相同。压应力和拉应力的分别在板顶和板底的跨中位置达到峰值。

4. 几何参数的影响

1.肋梁宽度的影响

《现浇混凝土空心楼盖技术规程》中规定：现浇混凝土空心楼板应沿受力方向设肋，肋宽宜为填充体高度的1/8~1/3且不宜小于70 mm。而05SG343《现浇混凝土空心楼盖》则规定肋宽不宜小于100 mm。对于肋宽的设置国标图集比规程更为严格，考虑到肋宽过小可能影响施工中的混凝土浇筑、钢筋绑扎等问题，本文以100 mm肋宽为最低限，通过建立不同肋宽模型对其中点挠度和空心率进行了对比。

表1 相同条件下不同肋宽的楼盖变形

从上表中可以看出随着空心板肋宽的增大，空心板的体积空心率随之变小。板中心挠度并不是随着肋梁的加厚呈现一定的规律，这与肋梁宽度增大后，空心板的非全尺寸内模的布置有关系。

但同时可以看到肋宽对空心板中点挠度的影响较小，设计中设置较大肋宽对减小挠度的效果不大，且增加了混凝土用量，空心率降低，是较为不经济的做法。因此设置肋宽时，在满足规范中的取值和计算结果时，可适当小一点，肋宽宜在100 mm~120 mm范围内取值。

2.上下板厚的影响

上下板厚是现浇空心板的重要影响因子，楼盖的整体性和刚度都与板厚有很大关系。本文拟固定其他条件不变，仅以上下板厚为变量对不同情况下的现浇空心板进行计算分析。

首先分析板顶厚度对空心楼盖性能的影响，空心板内模尺寸、肋宽和下板厚度均不变，顶板厚度分别取50 mm、60 mm、70 mm、80mm、90mm、100mm六种板厚，计算结果见下表。

表2 相同条件下不同顶板厚度的楼盖变形

表3 相同条件下不同底板厚度的楼盖变形

综合表2和表3可以看出，随着底板厚度或顶板厚度的增加，空心板中点挠度都随之减小，楼板的抗弯刚度增大，空心率随之减小。对比表2和表3可以看出，在其余参数不变的情况下，增加板顶厚度比增加板底厚度能够更加有效的增加空心板的抗弯性能，减小挠度。但增加板顶厚度不利于板底钢筋布置和混凝土浇筑，在设计时应充分考虑施工难度和经济等因素来确定板厚。在底板满足板底钢筋配置时可适当增加上板厚来获得更经济的抗弯刚度。

3.板厚的影响

在保持其他参数不变的情况的下，仅改变现浇空心板的厚度（即改变箱型内模的高度），进行建模分析。分别对270 mm、280 mm、290 mm、300 mm、310 mm、320 mm几种板厚进行对比分析。

表4 相同条件下不同板厚的楼盖变形

由表4可以知道，随着空心楼盖厚度的增大板中心挠度明显减小，空心率也随之增大。由此可见加大空心楼盖的厚度可以显著提高空心楼盖的抗弯性能。过大的楼板厚度一方面降低了建筑净高一方面增大了混凝土的用量，但楼板厚度过小又会导致配筋量过大，肋梁处钢筋过大、挠度裂缝不满足规范要求等问题。

四、结论

加大顶板厚度比加大底板厚度能更加有效的提高空心板的抗弯性能。增加楼板厚度是提高楼板抗弯性能最有效的途径，但增加楼板厚度的同时也影响了建筑层高增加了混凝土用量，设计时应综合考虑各种因素选出科学合理的板厚。

参考文献：

[1] 《现浇混凝土空心楼盖技术规程》JGJ/T 268-2012，北京，中国建筑工业出版社，2012.

[2] 《现浇混凝土空心楼盖》GJBT-905，北京，中国建筑工业出版社，2005.

[3] 王新敏.《ANSYS工程结构数值分析》,北京，人民交通出版社，2018.