第３７卷第１期 山 西 建 筑 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１ ２ ０ １ １年１月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ●●● 寸＿ｇ∞●十 －斗● ●』 ● ●ｎ● ● ０．，量ｏＴ●ｃ ● 一●． 卜 Ｊａｎ． ２０１ １ ・３３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０ｌＩ）Ｏｌ一００３３－０２ 弹塑性设计对混凝土双向板的验算分析 邹旭晖 闫海华 摘 要：通过具体工程实例，针对混凝土结构板因支座负筋塌陷，板的有效高度减小引起质量问题，利用塑性理论设计方 法进行计算分析，对比板有效计算高度的方法，从而判断出了问题结构板的安全性。 关键词：混凝土双向板，塑性计算，有效计算高度 中图分类号：ＴＵ３７５．２ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 筋）作为纵向钢筋；孑Ｅ弯矩降低的截面，计算配筋时混凝土ｌ卡ｕ对受 某住宅小区会所为钢筋混凝土框架结构。在主体结构验收 压区高度 ≤０．３５。 过程中，由当地建设工程质量检测中心按照ＪＧＪ １５２—２００８Ｔ混凝 ２）调幅范围一般不超过２５％。当ｑ／ｇ＜￣１／３或采用冷拉钢筋 土中钢筋检测技术规程规定对混凝土结构进行检测，结果发现其 时，调幅不得超过１５％（分别为均布活倚载和均布恒荷载）。 三层部分结构板存在施工质量问题，检测结论为：“部分板厚超出 ３）满足静力平衡条件。调整后的每跨两端支座弯矩平均值 规范规定的允许偏差；部分板面钢筋保护层厚度绝大部分超出规 与跨中弯矩绝对值之和不小于按简支梁计算的跨中弯矩，要求 范规定的允许偏差”。检测不合格楼板平面位置及检测数据分别 （Ｍ ＋ ）／２＋Ｍ ．≥Ｍｏ，在均布荷载作用下，梁的支座弯矩 见图ｌ，表１。 和跨中弯矩均不得小于１／２４（ｑ＋ｇ）１２。 ４）考虑内力重分布后，结构构件必须有足够的抗剪能力。 按此理论，将该层板按支座弯矩调幅２０％计算，对比弹性方 法计算结果（经复核，所有板的挠度和抗冲切满足设计要求）。分 别将板底的实际设计配置钢筋面积和两种理论计算出的板底钢 筋面积相比较（见表２），可以看出：板底实际设计配筋面积与弹 性理论下计算的板底钢筋计算面积（小于按构造要求板最小配筋 率０．２％控制所需的钢筋面积）相比，都有不同程度的钢筋富余； 而这种钢筋强度的富余量超出了塑性计算下板底钢筋相对弹性 计算的增量。因此，利用弹塑性设计理沧肘原设计板进行复核， 方法如下：】）对板受弯承载力极限状态设计值的复核：在满足板 底受力配筋面积的前提下，以不超过板顶受力配筋面积为计算控 图１不合格楼板平面位置图 制点，按原设计板厚分别计算出各板支座受拉负筋合力点距板顶 表１不合格楼板检测数据 Ｆ／ＩＨＩ 的最大距离ｄ／２＋Ｃ ，￣Ｐｉｔ－算出允许最大保护层Ｃ。（ｄ为板顶受拉 板号 板厚 板厚 负筋保护层 负筋保护层实 板实测有 负筋直径）；２）对板受弯正常使用极限状态设计值的复核：以控制 平均值 设计值 设计厚度Ｃ 测平均厚度Ｃ 效高度ｈ０ｌ 板裂缝不超０．３ ｍｍ为限，计算出板允许最大保护层Ｃ 。最终得 ＬＢ１ ｌ３２ ｌ２０ ｌ５ ４２．８ ８９．２ 到板的最小有效计算高度（ｈ。）＝板厚（ｈ）一Ｍａｘ（ｃ。，ｃ ）。计算 ＬＢ２ ｌｏ８ １２Ｏ ｌ５ ３２．２ ７５．８ ＬＢ３ ｌ】０ ｌ２Ｏ １５ ３８．８ ７１ ２ 结果见表３。 注：１）混凝土构件（现浇结构）截面尺寸允许偏差：十８ １｜１＇１／１，一５ ｍｍ。 表２不同方法计算得出的板底钢筋面积比较结果 ＩｎｌＴｌ ２）受力钢筋保护层厚度的允许偏差：板类为＋８／／／／１１，～５ ｍｍ 计算方法 弹性 塑性 ２结构板复核计算分析 板号 截面位置 短跨 长跨 短跨 长跨 短跨 长跨 短跨 长跨 支座 支座 跨中 跨中 支座 支座 跨中 跨中 从检测结果来看，混凝土双向板的主要质量问题是实际测量 ＬＢｌ 计算配筋 ｌ７３ ９ Ｉ４０．Ｉ ９５．４ ８８ ４ ２ｌ９．７ ２２８．０ ２００．０ ２（ｘ】．０ 的板厚和板顶负筋的保护层厚度不符合设计要求。检测结果表 设计配筋 ３３５ ３３５ ３３５ ３３５ ＬＢ２ 计算配筋 ２０２．８ ｌ３４ ５ ８２ ５ ７６ ４ ２Ｏ１．６ ２ｏ０ ２（ｍ ２ｏ０ 明，板底部钢筋的间距和保护层厚度是符合设计要求的。由于原 设计配筋 ３３５ ３３５ ３３５ ３３５ 设计板配筋计算采用线弹性方法进行作用效应分析，根据ＧＢ １ Ｂ３ 计算配筋 ２５８ ７ １９０，３ Ｉｌ５．６ １ｏ６．２ ２３４ ８ ２ｏｏ ２ｏｏ ２ｏｏ ５００１０—２００２混凝土设计规范第５．３．２条“承受均布荷载的周边支 设计配筋 ３３５ ３３５ ３３５ ３３５ 承的双向矩形板，可采用塑性铰线法进行承载能力极限状态设 表３板的最小有效高度计算结果 计，同时应满足正常使用极限状态的要求”规定及其条文说明，对 板号 设计 板厚 度Ｍ／ｋＮ支庸抗弯强 Ｃ支雎裂缝控制 Ｎａｘ（ｃＩ， 最小有效 ・ｍ—Ｉ ｉ／ｍｍ 弯矩＿／ｋＮ・，ｒ／Ｉ Ｃ２／ｍｍ Ｃ２）／ｒ￣ｌｍ 岛度ｈｏ２１ｍｍ 上述问题板进行弹塑性方法计算分析。依据塑性理论的弯矩调 Ｉ Ｂｌ ｌ２Ｏ ９ ４ ３４ ７ ２ ３８ ３８ ８２ 幅法，为了保证塑性铰在构件预期的部位形成，同时又要防止裂 Ｉ Ｂ２ １２０ ５ ６ ２６ ４ ３ ３２ ３２ ８８ Ｉ Ｂ３ ｌ２０ ９ ０ ｌ１ ６．９ Ｊ９ １９ ｌ０ｌ 缝过宽及挠度过大影响正常使用，在复核计算时遵守下列原则： Ｉ）采用塑性性能好的热轧钢筋（如Ｉ级，Ⅱ级和Ⅲ级热轧钢 比较表１，表３中ｈ。值的大小，可以看出，除ＬＢＩ外，ＬＢ２，ＬＢ３ 收稿日期：２０１０－０９－１７ 作者简介：邹旭晖（１９７８一），男，工程师，国家一级注册结构设计师，苏州鑫苑置业发展有限公司，江苏苏州２１５０１ １ 闰海华（１９７８一），女，工程师，苏州市建筑设计研究院，江苏苏州２１５０２９ 第３７卷第１期 西 建 筑 Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１ ・３４・ ２ ０ １ １年１月 山 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｊａｎ．２０ｌ１ 文章编号：１００９—６８２５Ｉ２０１１）Ｏｌ一００３４—０２ 超高耸烟囱的风速时程分析 唐 伟 马张永 吕晓东 摘 要：采用谐波叠加法对高度为９５０ ｍ的超高耸烟囱进行了风速时程模拟，并对烟囱进行了瞬态动力学计算，得到了 烟囱风振响应，最后计算了烟囱的位移风振系数，结果表明：西缪谱在３５０ ｍ高度范围内适用于高耸结构，烟囱的风振系 数随高度增大而增大。 关键词：超高耸烟囱，风速时程模拟，风振响应，风振系数 中图分类号：ＴＵ７６１．２ 文献标识码：Ａ 德国著名结构专家、斯图加特大学教授Ｊ．Ｓｃｈｌａｉｃｈ提出的太 在进行风速时程模拟时，将模型沿高度均分为３８份，共计 阳能热气流发电系统…是一项利用太阳能集热以及烟囱效应驱 ３９个特征点，相邻点之间间隔为２５ ｍ。时程模拟运用ＭＡＴＬＡＢ 动风力涡轮带动发电机发电的新系统，超高耸烟囱是该系统最重 编制程序，采用时域分析方法中的谐波叠加法 并在计算中引入 要的结构构件之一，直接关系到这个系统能否在工程中实现。本 快速傅里叶变换（ＦＦｒ）来提高计算效率；计算中用到的参数取值如 文针对其中的超高耸烟囱进行了风速时程模拟，并在此基础上对 下：目标功率谱选择美国西缪谱（Ｓｉｍｉｕ），１０ ｍ高度处平均风速取 结构进行风振响应分析，最后计算了结构各点的风振系数。 ３２．５７６ ｍ／ｓ，Ａ类地面。地面粗糙度系数 ＝０．１２，地面阻力系数ｋ １ 模型概况 按照下式取值：ｋ：［Ｋ／Ｉｎ（ＩＯ／Ｚｏ）］ ，经计算ｋ取值为０．００１ ８９，自 烟囱的高度为９５０ ｍ，直径为１１５ ｍ，材料假定为全钢结构，烟 回归阶数取为４阶，时间步长Ａｔ＝０．２５ ｓ，时距取２０４．８ Ｓ。 囱筒壁的厚度参考文献［２］，底部厚度取０．３ ｍ，顶部厚度取０．１ ｍ。 选取烟囱上具有代表性的点绘制其水平脉动风速时程曲线， 基础约束假定为固端约束。采用有限元软件ＡＮＳＹＳ建模计算， 并将模拟的风速谱与目标谱绘成曲线进行比较，见图１。由图１ 烟囱属于典型的薄壳结构，建模时选用Ｓｈｅｌｌ６３单元来模拟。 可以看出，模拟功率谱与目标谱基本吻合，说明采用的随机过程 ２风速时程模拟 模拟理论是可靠的，这也证明了风速时程模拟的正确性。需要指 的实测有效板厚ｈ。。均小于设计所需板的最小有效计算高度ｈ位。 度近似计算。 因此可以得出以下结论：经过弹塑性计算方法的复核，ＬＢ１满足 ２）上述分析中按照设计规范规定的荷载引起的裂缝计算，理 设计要求，不需进行补强处理；ＬＢ２，ＬＢ３不满足设计要求，需进行 论上板表面满足规范裂缝控制要求，但由于实际结构板保护层厚 加固补强处理。 度较大，未采取表面抗裂措施，结构板表面仍可能出现裂缝。 ３结论和启示 ３）上述分析仅是从结构板的极限状态（承载力和正常使用） 在施工过程中，在板支座负筋位置未按规定规范设置“钢筋 方面进行复核，无法满足江苏省ＤＧＪ ３２／Ｊ１６－２００５住宅工程质量 马凳”，导致板支座负筋踩踏下陷的情况比较普遍，由此引起的混 通病控制标准中对板厚构造要求的规定。 凝土板结构安全隐患应引起足够重视。通过这个工程实例的计 参考文献： 算分析，我们可以看到：对类似这样的混凝土双向结构板质量问 ［１］ ＧＢ ５００１０－２００２，混凝土设计规范［Ｓ］． 题，在原设计采用弹性理论的情况下，利用塑性理论对板的结构 ［２］ 柳炳康．钢筋混凝土双向板塑性分析的经济设计［Ｊ］．合肥 安全进行复核，可以有效利用原设计中板钢筋的富余强度，减少 工业大学学报，１９９４，１７（４）：１７—１８． 问题板的加固范围，节约成本。但应该指出，上述分析过程中，是 ［３］ ＪＧＪ／Ｔ １５２—２００８，混凝土中钢筋检测技术规程［Ｓ］． 在对实际情况的某些方面进行简化的前提下得出的结论，与实际 ［４］ 龙驭球，包世华．结构力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社， 情况相比，存在一些无法解决的问题。具体表现在以下方面： １９９６． １）上述分析中未考虑实际板由于支座负筋保护层和板厚不 ［５］ 《建筑结构静力计算手册》编写组．建筑结构静力计算手册 均带来的刚度变化问题。弹塑性复核计算时，简化取板的平均厚 ［Ｍ］．第２版．北京：中国建筑工业出版社，１９９８． Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｗｏ－ｗａｙ ｓｌａｂ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ＺｏＵ ＸＵ－ｈｕｉ ＹＡＮ Ｈａｉ－ｈｕａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｅｘａｍｐｌｅ．ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｌａｂ ｉｓ ｓｕｂｓｉｄｅｄ ｏｆ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｔｅｅｌ ｉｎ ａ— ｂｕｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｉｖｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｃｏｕｎｔ ｏｆ ｓｌａｂ．Ｕｓｉｎｇ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｔｅ ｈｅｉｇｈｔ ｔｏ ｄｅｔｅｒ－ ｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｌａｂ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｗｏ—ｗａｙ ｓｌａｂ，ｐｌａｓｔｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｈｅｉｇｈｔ 收稿日期：２０１０—０９一ｌ１ 作者简介：唐伟（１９８０一），男，工程师，浙江东南网架股份有限公司，浙江杭州３１１２０９ 马张永（１９８５一），男，硕士，助理工程师，浙江东南网架股份有限公司，浙江杭州３１１２０９ 吕晓东（１９８２一），男，硕士，助理工程师，青岛绿城建筑设计有限公司，山东青岛２６６０００
