西安建筑科技大学土木工程学院 西安 710055
摘要：某多层工业建筑楼盖接结构为例，用有限元软件建模-加载-后处理，进行仿真模拟分析。直观地反应楼盖ANSYS受力分析的全过程，呈现楼盖体系结构有限元分析的一般步骤，为以后科研工作者或工程设计人员提供一个参考。
关键词：现浇混凝土；楼盖；有限元；ANSYS
在我国工业与民用建筑中，钢筋混凝土结构是应用最为广泛的结构形势。又于房屋建筑中，混凝土楼盖约占土建总造价的20%~30%；在钢筋混凝土高层建筑中，混凝土楼盖自重约占总自重的50%~60%。[1]因此，选择合适的楼盖结构形式，对于整个建筑物的使用功能和技术经济指标至关重要。
为了适应各种需求，并降低成本，各种新型的楼盖结构体系不断涌现。例如，压型钢板-混凝土组合楼盖、网架-混凝土组合楼盖等组合式楼盖和现浇混凝土空心楼盖等等。它们都可以在独特领域发挥其优越性，以现浇混凝土空心楼盖为例，它能适应现在大柱网、大开间、大空间多高层建筑物的需要，能为业主提供灵活空间，同时经济技术指标比其他类型的楼盖体系由明显提高[2]。而这些楼盖结构体系比较重要的问题是在荷载作用下内力的分布情况，其研究方法不外破坏实验和数值模拟，而又以数值模拟成本较低，可以快速得到结果，对环境要求较低等特点而备受青睐。本文通过用ANSYS软件对普通现浇混凝土楼盖进行仿真模拟，并得出其在竖向何在作用下的内力分布规律和变形特征，呈现混凝土楼盖有限元分析的一般步骤，为以后科研工作者或工程设计人员提供一个参考。
1工程实例
1.1工程概况
某多层工业建筑楼盖接结构，平面形状为规则的四边形。柱网周线均为6.9m×6.3m，板厚取80mm，四周支持在砖砌体墙上。材料选用：混凝土C25( fy=11.9N/mm2；ft=1.27N/mm2 )，恒荷载标准值为2.91KN/m2；楼面活荷载标准为7KN/m2，组合系数为0.7。所采用模型的平面布置如图一。
1.2现浇混凝土楼盖的有限元分析
现浇混凝土楼盖根据结构形式有单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、无梁楼盖、密肋楼盖，井式楼盖等[3]，不同的结构形式支撑有所区别。本例中板区格长边短边比6.3/2.3=2.7，宜按双向板计算。混凝土楼盖平面内特征尺寸与厚度比2300/80=28.7，根据ANSYS单元类型先择划分为薄板，选择壳单元进行建立模型。在划分网格时，因楼盖为规则平板，采用映射网格划分。
实际中大多数楼盖都是规则的平面轴对称结构，因此可以考虑采用四分之一或八分之一等板块进行建立模型。这样可以在确保精确度的前提下以减少模型的节点数和单元数，减轻工作量，降低计算难度，节省计算资源。使得模型能够在普通计算机上进行模拟。本分析为追求普遍性，采用整体建模的方式。
1.3计算参数
混凝土：弹性模量E=2.8×1011N/m2;泊松比：μ=0.2；抗拉强度ft=1.27N/mm2；密度=2500kg/m3。
1.4建立模型
本例模型较为简单采用自下而上的建模方式，整个建模过程如下：
（1）首先建立整个层31500×20100的整块壳板：在每个梁（墙）梁交结点、梁柱交接点创建关键点，由关键点生成面。
（2）采用映射划分网格，网格尺寸采用0。
（3）将重合的关键点和节点进行耦合，以保证其具有相同的节点位移。边界条件为墙支撑采用对线施加自由度约束支撑，次梁支撑同样采用对线施加自由的约束方式进行支撑约束。
（4）由可变荷载组合效应控制的组合：g+q=1.2×2.91+1.3×7=12.59kN/m2
由永久荷载组合效应控制的组合：g+q=1.35×2.91+0.7×1.3×7=10.30kN/m2
所以，在楼盖上表面施加12.59KN/m2的面均布荷载，施加重力场9.8N/kg。
2计算结果及分析
2.1混凝土板的第一主应力云图
由现浇混凝土第一主应力云图，可以发现现浇混凝土楼盖的第一主应力在横向边梁（即y轴方向边缘第二支座）支座处上表层出现最大拉应力，因此，此次是薄弱环节，容易出现裂缝，这与以往的实验结论是一致的。
2.2现浇混凝土楼盖的弯矩
现浇混凝土楼盖按照梁刚度无穷大的固定支座计算，对楼盖的有限元结果分析，得到如下弯矩图：
连续板的跨度取相邻支座中心间距离。对于边跨，当支座为砌体墙时，原则上取至砌体墙支撑反力合力处，实际上取至距取砌体墙内边缘一定距离[5]，经手算，所得出结果与有限元计算结果相符。
2.3现浇混凝土楼盖的Z方向的位移云图
通过现浇混凝土楼盖有限元分析得到的Z方向的位移云图如上，可以看出在在支座附近处位移很小（接近零），向板中心位移（z轴反向）逐渐变大，在板跨中处位移达到最大，位移等值曲线是以板的中心为圆心的同心椭圆。
3结论
通过现浇混凝土楼盖在四边刚性连续梁支撑下进行的有限元分析得知：
（1）现浇混凝土楼盖具有明显的双向受力的性能。
（2）现浇混凝土楼盖在四边和跨中位置应力较大。在设计时须对其位置增加补强钢筋来避免其破会。
（3）现浇混凝土楼盖利用有限元软件进行受力分析时，步骤规范，建模—加载—后处理。
（4）根据现浇混凝土楼盖受力分析方法，可以进行其他楼盖结构体系的分析，进行有针对性的开发处新的具有特定性能的楼盖体系。
（5）检测数据回归分析十分重要，好的分析可以为设计、施工提供良好的信息，及时调整设计，避免不良事故的发生。
参考文献：
[1]梁兴文、史庆轩.混凝土结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2013：16.
[2]孙会郎.现浇钢筋混凝土空心楼盖受力性能研究[D].重庆大学，2004.
[3]梁兴文、史庆轩.混凝土结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2013：16.
[4]冉令譞、罗兆辉，孙立斌.应用ANSYS对现浇混凝土空心楼盖刚度的有限元分析[J].天津城市建设学院学报，2007，13（2）：12-127.
[5]梁兴文、史庆轩.混凝土结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2013：22-23
论文作者:周振海
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/3
标签：楼盖论文; 混凝土论文; 现浇论文; 组合论文; 有限元论文; 支座论文; 位移论文; 《防护工程》2017年第23期论文;