1.中铁四局集团有限公司设计研究院 安徽合肥 230023
2.安徽新华学院 土木与环境工程学院 安徽合肥 230088
摘要：以某实际工程中有局部大空间要求的大跨楼盖为对象，对比分析正交井字梁楼盖、斜交井字梁楼盖、空心楼盖三种结构方案，分析指标包括梁高、混凝土用量、钢筋用量、弹性挠度、最终挠度等，研究结论对类似工程方案设计具有一定参考价值。
关键词：大跨楼盖，斜交井字梁，空心楼盖，挠度
0 引言
建筑工程中常用的大跨结构形式有钢结构、预应力混凝土结构及普通混凝土结构，如一栋建筑物仅个别房间如展厅、宴会厅、会议厅等需要做成大跨度大空间时，与普通混凝土大跨楼盖结构相比，钢结构或预应力混凝土结构在造价或工期方面有明显的劣势。
普通混凝土大跨楼盖结构常见形式[1-3]有主次梁结构、正交井字梁结构、斜交井字梁结构、空心楼盖结构等。本文以某大跨度宴会厅楼盖为例，从建筑功能、混凝土用量、钢筋用量、弹性挠度、长期挠度等角度对比分析三种不同结构方案，研究结论可为类似工程的方案设计提供技术参考。
1 工程概况
某框架结构宴会厅位于安徽省合肥市，建筑所在地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，场地类别为Ⅱ类，设计基准期内基本风压为0.35kN/m2，基本雪压为0.6kN/m2，装修恒载1.8kN/m2（不含板厚），活载2.5kN/m2。
宴会厅局部错层，1-5轴为两层，层高均为8.2m，长26.4米，宽19.8米；5-6轴错层位置为4层，层高从下往上依次为4.2+4+4.2+4m。2-4轴边柱截面600×800mm，其余柱为600×600mm，梁、柱砼等级均为C30。
2 结构方案
（1）正交井字梁楼盖
宴会厅长宽比为1.33，在1.0和1.5之间，普通井字梁可采用。边框梁截面500×1800mm，井字梁截面取400×1600mm，板厚100mm。如图1（a）。
（2）斜交井字梁楼盖
边框梁截面取500×1600mm，井子梁截面取300×1400mm，板厚100mm。如图1（b）。
（3）空心楼盖
采用GBF空心楼盖，边框梁截面取500×1200mm，肋梁截面180×950mm，肋梁间距950mm，内嵌成品腔体芯模。板厚100mm。图1（c）。
3 计算结果及对比分析
本项目采用有限元设计软件YJK进行楼盖结构建模计算。
3.1 正交井字梁楼盖
程序在计算时，考虑梁的变形协调关系。对于支撑在框架柱上的梁，端支座无竖向变形；支撑在边框梁上的梁，端支座有竖向位移。则计算结果形成明显的主次梁关系，主梁配筋大于次梁，与查井字梁计算手册结果略有差别，更趋于合理。
由现行《混凝土结构设计规范》[4]中挠度计算公式可知，挠度需虑荷载长期作用，即刚度B考虑短期刚度Bs折减，因此有必要分析短期刚度下的挠度。本项目中井字梁跨度达19.8m，跨度较大，梁高度即使取1600mm，仍有部分梁挠度超限。
3.2 斜交井字梁楼盖
计算结果表明斜交井字梁能有效避免形成主次梁结构，即降低梁高时挠度也能满足要求。需要注意的是角部四根混凝土梁（图2<b>中粗虚线所示）跨度小刚度大且直接支撑于框架柱上，对其他斜梁起到一定支撑作用，设计时应予以加强。
3.3 空心楼盖
空心楼盖是无梁楼盖和主次梁楼盖之间过渡形式。传统软件中按照梁、板独立计算，楼板对梁的刚度贡献和肋梁之间的相互影响无法考虑，受到当前主流结构计算软件限制，空心楼盖按照密肋梁来计算配筋和挠度都偏大，且《现浇混凝土空心楼盖技术规程》JGJ/T268-2012[5]未给出明确的最终挠度计算方法。本项目采用YJK的空心楼盖模块，利用有限元计算，其弹性挠度分布云图见图2所示。
3.4 方案对比分析
为进一步对比分析三种楼盖的结构性能，表1给出了各方案的混凝土用量、钢筋用量、弹性挠度及最终挠度。由表1可知，正交井字梁楼盖梁高最大，混凝土用量和钢筋用量略低于斜交井字梁，但其两阶段挠度值均大于斜交井字梁楼盖；空心楼盖方案梁高最小，且除最终挠度无计算依据外混凝土和钢筋用量及弹性挠度均最小，但该方案需要增加芯模用量，而单体建筑中仅在大跨部分使用，不能形成规模效益，且设计计算方法和施工方法等方面与井字梁楼盖相比缺少成熟的规范依据。
4 结论
（1）利用程序对正交井子梁结构计算时，实际是按照主次梁结构考虑变形协调的，与手册算法有一定的差异，手册算法认为端支座无位移，而程序考虑端支座部位是框梁或者柱来协调控制。本项目跨度稍大，采用正交井字梁结构稍显笨重。
（2）对于长宽比在1.5左右的大跨结构，采用斜交井字梁布置方案，传力更均匀，挠度计算更易满足。井字梁间距宜控制在3.0m左右，为了减轻自重，混凝土板厚取80-100mm，宜双层双向配筋，提高楼板的整体性。
（3）空心楼盖结构在建筑净高、材料用量及弹性挠度等各个方面都有一定的优势，但在对结构的最终挠度计算方面有待进一步的研究，且对于单体建筑中占比很小的大跨楼盖，采用空心楼盖的经济性与施工技术没有明显优势。
（4）大跨结构一般计算挠度值都比较大，施工时可按照3~5‰预先起拱。挠度计算时，可将计算值减去起拱值来控制。
参考文献
[1]栾焕强，陈志鹏，陈志华. 大跨度钢筋混凝土楼盖力学性能与经济性分析[J].建筑结构，2014，44（17）：40-45.
[2]吴韬，吴学辉，李娟. 地下车库采用蜂巢芯楼盖的技术经济分析[J].混凝土与水泥制品，2014，11：72-74.
[3]闵竺. 金翔石油化工有限公司总部大楼结构分析与设计[J]. 结构工程师，2009，25（1）：1-4+8.
[4]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[5]JGJ/T268-2012，现浇混凝土空心楼盖技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
基金项目：安徽省高等学校自然科学研究项目（KJ2015A336），安徽新华学院产学研项目（2016cxy006），安徽建工集团有限公司科研项目（2014-12），教育部大学生创新创业训练计划项目（201512216041）。
作者简介：刘洋（1982-）工程师，主要从事工程结构设计及优化分析。
论文作者:刘洋1,吴韬2, 刘录洋2
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/21
标签：楼盖论文; 挠度论文; 结构论文; 混凝土论文; 用量论文; 正交论文; 截面论文; 《基层建设》2016年第34期论文;