关于加腋大板的技术分析与探讨

关于加腋大板的技术分析与探讨

马勤,王涛

四川广德建筑设计有限公司  四川成都  61000

 四川省天辰建筑设计有限公司  四川成都  61000

摘要：对比结构经济性与安全性并结合施工技术条件下，地下室顶板考虑采用大板加腋的结构体系进行设计。通过对比分析，当进行板设计时，宜按有限元模型进行计算（有限元导荷、不采用全楼强制刚性楼板假定并按弹性板6参与整体计算分析），根据计算结果对楼板进行加腋处理，以满足结构的受力要求；而进行梁、柱、墙截面及配筋设计时，宜按传统模型（平面导荷、采用全楼强制刚性楼板假定参与整体计算分析），最后结合温度应力作用计算后取包络进行设计。

关键词：加腋大板；变形协调；平面导荷；有限元导荷；温度应力；全楼强制刚性楼板假定

1 引言

根据《建筑抗震设计规范》GB5011-2010（2016年版）6.1.14-1条：地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。根据《建筑与市政工程防水通用规范》GB55030-2022第4.1.5条：地下工程迎水面主体结构应采用防水混凝土，并应符合下列规定：1、防水混凝土应满足抗渗等级要求；2、防水混凝土结构厚度不应小于250mm；3、防水混凝土的裂缝宽度不应大于结构允许限值，并不应贯通；4、寒冷地区抗冻设防段防水混凝土抗渗等级不应低于P10。

根据实际工程情况，地下室顶板一般有1.2-1.8米的种植覆土，会存在日常雨水及灌木植被浇灌等符合迎水条件的情况，故地下室顶板一般应按迎水面主体结构进行设计。综合上述规范要求，板厚应做到不小于250mm。通过实际工程方案对比，地下室在满足一定规模的情况下，加腋大板较于传统梁板结构工程造价会降低20%~30%，此时按加腋大板设计相对更为经济。

接下来，作者根据实际完成的项目，对加腋大板结构设计进行技术分析与探讨。

2 案例背景

本项目为两层地下室，地上五栋18层、塔楼高度为56.150m的高层住宅，以及局部2层商业裙房组成的商住综合体。本工程抗震设防类别为标准设防类（丙级），抗震设防烈度为7度（0.15g），地震设防分组为第三组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.45s，抗震等级为三级，房屋建筑的结构设计工作年限为50年。地下室建筑面积约为3.2万平方米，负二层层高为3.8m，负一层层高为3.8m，地下室及局部多层裙房采用混凝土框架结构，其余高层住宅均采用钢筋混凝土剪力墙结构。

地下室顶板采用加腋大板结构进行设计。加腋大板体系意指结构楼板只设置框架梁，不设置非框架梁，大板直接支撑于框架梁上，采用板端部竖向加腋的结构形式。由于地下室顶板楼板自重、种植覆土、消防车道、消防扑救面等荷载较大，且楼板在框架梁支座处的负弯矩起控制作用。为增强楼板在支座处的抗弯协调能力，采取板加腋措施，从而达到满足结构经济性与合理性的要求。

3 加腋大板的计算要点

在计算加腋大板时应考虑框架梁与楼板的协调作用。在导荷方式上，不宜采用传统的平面导荷方式，宜采用有限元导荷方式。传统的平面导荷方式即将楼面荷载不包括弯矩与扭矩按照三角形、梯形、矩形等导荷方式全部导到周边梁、墙上，再由梁、墙传给框架柱，其无法算出楼板弯矩，整体计算后无法算出准确的板配筋结果。有限元导荷方式即楼面荷载、弯矩与扭矩不仅传给周边梁、墙上，部分荷载还会直接通过楼板传给框架柱，也就是说梁、墙承受的荷载会减小。其能算出楼板弯矩，整体计算后也能算出板配筋，且算出的板配筋不仅考虑了竖向荷载，还考虑了梁的风、地震等水平荷载以及结构的整体变形。因此，在绘制梁、墙施工图时所用配筋宜按平面导荷方式另建模型进行计算。有限元导荷方式仅适用于弹性板3或者弹性板6，传统的平面导荷方式适用于任何情况。内力计算时还需要考虑梁的竖向变形对边界挡土墙等交接部位的影响。

4 实际操作

在采用PKPM软件进行计算时，模型中采用有限元算法，考虑梁弹性变形并按弹性板6进行整体计算分析，使楼板和梁的变形协调，共同承担楼面荷载的作用。计算初期，该设计板厚暂按板跨度的1/45~1/50、加腋高度取板厚的1.5~2倍、框架梁两侧的加腋范围按跨度的1/4~1/5取值。本项目中框架梁标准跨度为7800mm×7800mm，当计算板厚小于250mm厚时取250mm（局部因荷载过大可增加板厚），加腋高度取500mm，框架梁两侧加腋范围为1600mm，框架梁截面取450mm×900mm（根据计算结果确定或作相应调整）。

主楼周边消防车道、消防扑救面位置活荷载较大且根据《建筑抗震设计规范》GB5011-2010（2016年版）第6.1.14-1条，明确规定地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构。在本项目中，主楼相关范围（即主楼边外延3跨）采用现浇梁板结构，其余范围采用加腋大板结构。《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版）第3.4.3条，明确规定楼盖受弯挠度限值为L0/250（L0为楼板的计算跨度）；《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版）第3.4.5条楼板的最大裂缝宽度限值为0.2mm。即本项目中荷载满载后挠度应不大于7800/250=31.2mm、裂缝宽度应不大于0.2mm。

加腋大板的楼板及加腋范围内板配筋按双层双向布置，且配筋率不宜小于0.25%，若计算结果大于规范规定配筋率时再附加。支座处还应进行冲切验算，若不满足规范要求还应增设抗冲切钢筋。《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版）第8.1.1条，露天环境下结构长度大于35m时，应计算楼板因温度变化引起的结构内部应力作用。本工程地下室顶板总长远大于35m，还应补充计算温度应力作用，并与有限元导荷方式计算所得配筋结果取包络后进行施工图设计。最后与盈建科软件计算结果进行对比分析，经比较，二者在楼板挠度、裂缝，恒荷载、活荷载工况下楼板的弯矩图、配筋等计算结果中差异较小，计算结果可信。

5 结论总结

根据以上技术分析与探讨，楼板配筋通过PKPM软件采用有限元导荷方式计算所得的板配筋计算结果、考虑温度应力作用计算所得的板配筋计算结果取包络，结合对比分析盈建科软件所得板配筋计算结果后，作为最终的计算结果进行楼板施工图设计。框架梁、抗震墙配筋通过PKPM软件采用有限元导荷方式计算所得的梁、墙配筋计算结果与传统的平面导荷方式计算所得的梁、墙配筋计算结果取包络后，结合对比分析参考盈建科软件所得梁、墙配筋计算结果后，作为最终的计算结果进行框架梁、抗震墙施工图设计。

而在实际工程经验中，或因施工技术的不到位，亦或因施工工艺的不成熟，导致加腋大板支座位置依然会产生不同大小的裂缝。因此，即便做加腋大板也需要对支座位置进行加强处理。综上，当不能达到充分的经济性或是大板加腋的施工技术得不到足够的质量保证时，传统梁板结构体系依然为地下室顶板设计的优先选择。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB5011-2010（2016年版）

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010

[3]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015版）

[4]《建筑与市政工程防水通用规范》GB55030-2022

[5]PKPM V6软件说明书-多层及高层建筑结构分析与设计软件SATWE技术手册2021年8月