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摘 要:现浇混凝土空心楼盖空心率高、自重轻、受力性能好、隔声效果好、防火效果好、保温隔热性能好、能有效地增加建筑的净空,并且节省材料、施工方便、可以有效地降低成本和工期。这些优点使得现浇混凝土空心楼盖在越来越多的建筑工程中得到应用,所以对现浇混凝土空心楼盖进行优化设计具有重要意义。
关键词:体积空心率;箱体;优化设计;现浇混凝土空心楼盖
中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)08-0032-02
随着经济的发展,中国各大城市都在大兴土木,然而,在大兴土木的同时,设计师往往按照设计的要求和自己的工作经验并参考类似工程设计来创造自己的设计方案,然后进行力学分析,再根据规范进行强度、刚度、稳定性方面的校核,并进行反复的修改,这一过程比较繁琐,而且设计出的方案往往不是最优方案,只是可行方案。就目前来说,由于大多数的建筑造型各异、结构复杂,传统的方案在经验基础上的设计理念显出了很多的弊端。因为传统的设计更多地考虑了结构的可靠性,而大大地忽略了结构的经济性,所以,设计出的结构是保守的、偏于安全的,但这样导致了人类赖以生存的自然资源、水资源、矿产资源的巨大浪费,同时在这些建筑材料的生产过程中又会产生大量污染,直接破坏了生态平衡。
最近十几年来,随着中国经济进一步持续稳定发展,国家经济实力的增强,人们生活水平的不断提高、生活理念的更新和对能源大量消耗的关注,使人们对建筑提出了更高的要求,不仅要满足人们的舒适性,更要求节能和环保。我们都知道建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为中国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势,因此进行结构优化是很有必要的。
如今中国的建筑已经跃入个性化时代,人们要求居住人性化、风格个性化,其关键就在于提供人性化和个性化的建筑空间。但现实是现在的房子净高越来越矮,间隔千篇一律,再加上生活压力过大,人们都觉得生活在这样的环境里很压抑。如何增加建筑的净高,使得人们拥有更为宽广的居住空间,现浇混凝土空心楼盖的出现很好地解决了这一问题。同传统的厚板楼盖或井字梁楼盖比较,现浇混凝土空心楼盖空心率高、自重轻、受力性能好、隔声效果好、防火效果好、保温隔热性能好,能有效地增加建筑的净空,并且节省材料、施工方便,可以有效地降低成本和工期。这些优点使得现浇混凝土空心楼盖在越来越多的建筑工程中得到应用。
结构优化与传统的结构设计具有相同的理论基础,遵循相同的设计规范,唯一不同的是传统的设计没有明确的衡量标准,而优化设计具有明确的衡量标准(体积最小,造价最低等),因此结构优化具有现实意义,同时使结构的可靠性与经济性完美的结合。
案例分析:
某商场纵横向均为5跨,柱网尺寸为8.7 m×8.7 m,平面面积为1 892.25 m2。柱的截面尺寸为800 mm×800 mm,环境类别为一类。考虑自重恒载和活载的情况,混凝土等级梁、柱为C30,板为C25,楼面活载为8 kN/m2。结构布置平面图见图1。
采用现浇混凝土空心板:框架柱尺寸为800 mm×800 mm,主梁尺寸为400 mm×700 mm,板厚为300 mm,现分析不同箱体尺寸b的情况对结构内力及位移的影响,考虑不同空心率对结构的内力及位移影响。分别计算当b=200 mm、b=300 mm、b=400 mm、b=500 mm、b=600 mm、b=700 mm、b=800 mm、b=900 mm、b=1 000 mm、b=1 100 mm、b=1 200 mm时板的受力情况。
为了方便起见,引入空心率和有效截面度的概念。
将以下几种方案的空心率?啄同所受应力及位移进行比较,可得表1。
通过表1可以看出空心率越大,则现浇空心板的受力效果越好。现在分析空心率和最大应力的关系,见图2。
根据《中国工程建设标准化协会标准—现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS175:2004)的6.1.1:现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25%,也不宜大于50%和3.3.1:箱体的底面宜为正方形,其边长可取400 mm~1 200 mm。根据?啄与?滓的关系曲线,可知空心率越小其受力性能越差,空心率越大其受力性能越好,基本符合力学原理。同时,根据《技术规程》的条文说明的3.3.1:正方体底面的箱体便于设计选用和安装施工。限制边长不大于1 200 mm是为了便于制作、运输、吊运和安装。可知从受力角度分析:b=1 200 mm的箱体空心率?啄=56.77%,也基本符合《技术规程》的要求。
对于跨度较大的结构,现浇混凝土空心楼盖的确有着较为良好的受力性能,一般来说,随着空心率的增大,自重越轻,其受力性能越好。当空心率小于30%时,板的自重仍然较大,板的弯矩以及挠度比较大。但空心率也不是越大越好,当空心率大于55%时,有效截面会削弱,从而导致应力集中,结构进入塑性状态,裂缝增大。通过计算可知,空心率为30%~55%之间是一个比较理想的状态。
Analysis the Hollow Rate to Cast-in-place Concrete Hollow Ceiling Mechanics Influence
Zhang Haoyun
Abstract: The emergence of cast-in-place concrete hollow floor gives a very good solution to this issue, compared with the traditional thick plate and the tic-tac-toe beam floor,the cast-in-situ hollow concrete floor system has higher volumetric void ratio, lighter weight,better mechanical properties,better sound insulation effect,better fire-proof property,better thermal insulation property, and can effectively increase the clearance of construction and can save material,can effectively reduce the cost and duration. These advantages make cast-in-place concrete hollow floor are applied in a growing number of construction. Therefore, to optimize the design of the cast-in-place concrete hollow floor has great significance.
Key words: cast-in-situ hollow concrete floor system;volumetric void ratio;box filler;optimization design
关键词:体积空心率;箱体;优化设计;现浇混凝土空心楼盖
中图分类号:TU2文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)08-0032-02
随着经济的发展,中国各大城市都在大兴土木,然而,在大兴土木的同时,设计师往往按照设计的要求和自己的工作经验并参考类似工程设计来创造自己的设计方案,然后进行力学分析,再根据规范进行强度、刚度、稳定性方面的校核,并进行反复的修改,这一过程比较繁琐,而且设计出的方案往往不是最优方案,只是可行方案。就目前来说,由于大多数的建筑造型各异、结构复杂,传统的方案在经验基础上的设计理念显出了很多的弊端。因为传统的设计更多地考虑了结构的可靠性,而大大地忽略了结构的经济性,所以,设计出的结构是保守的、偏于安全的,但这样导致了人类赖以生存的自然资源、水资源、矿产资源的巨大浪费,同时在这些建筑材料的生产过程中又会产生大量污染,直接破坏了生态平衡。
最近十几年来,随着中国经济进一步持续稳定发展,国家经济实力的增强,人们生活水平的不断提高、生活理念的更新和对能源大量消耗的关注,使人们对建筑提出了更高的要求,不仅要满足人们的舒适性,更要求节能和环保。我们都知道建筑耗能已与工业耗能、交通耗能并列,成为中国能源消耗的三大“耗能大户”。尤其是建筑耗能伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升,呈急剧上扬趋势,因此进行结构优化是很有必要的。
如今中国的建筑已经跃入个性化时代,人们要求居住人性化、风格个性化,其关键就在于提供人性化和个性化的建筑空间。但现实是现在的房子净高越来越矮,间隔千篇一律,再加上生活压力过大,人们都觉得生活在这样的环境里很压抑。如何增加建筑的净高,使得人们拥有更为宽广的居住空间,现浇混凝土空心楼盖的出现很好地解决了这一问题。同传统的厚板楼盖或井字梁楼盖比较,现浇混凝土空心楼盖空心率高、自重轻、受力性能好、隔声效果好、防火效果好、保温隔热性能好,能有效地增加建筑的净空,并且节省材料、施工方便,可以有效地降低成本和工期。这些优点使得现浇混凝土空心楼盖在越来越多的建筑工程中得到应用。
结构优化与传统的结构设计具有相同的理论基础,遵循相同的设计规范,唯一不同的是传统的设计没有明确的衡量标准,而优化设计具有明确的衡量标准(体积最小,造价最低等),因此结构优化具有现实意义,同时使结构的可靠性与经济性完美的结合。
案例分析:
某商场纵横向均为5跨,柱网尺寸为8.7 m×8.7 m,平面面积为1 892.25 m2。柱的截面尺寸为800 mm×800 mm,环境类别为一类。考虑自重恒载和活载的情况,混凝土等级梁、柱为C30,板为C25,楼面活载为8 kN/m2。结构布置平面图见图1。
采用现浇混凝土空心板:框架柱尺寸为800 mm×800 mm,主梁尺寸为400 mm×700 mm,板厚为300 mm,现分析不同箱体尺寸b的情况对结构内力及位移的影响,考虑不同空心率对结构的内力及位移影响。分别计算当b=200 mm、b=300 mm、b=400 mm、b=500 mm、b=600 mm、b=700 mm、b=800 mm、b=900 mm、b=1 000 mm、b=1 100 mm、b=1 200 mm时板的受力情况。
为了方便起见,引入空心率和有效截面度的概念。
将以下几种方案的空心率?啄同所受应力及位移进行比较,可得表1。
通过表1可以看出空心率越大,则现浇空心板的受力效果越好。现在分析空心率和最大应力的关系,见图2。
根据《中国工程建设标准化协会标准—现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》(CECS175:2004)的6.1.1:现浇混凝土空心楼板的体积空心率不宜小于25%,也不宜大于50%和3.3.1:箱体的底面宜为正方形,其边长可取400 mm~1 200 mm。根据?啄与?滓的关系曲线,可知空心率越小其受力性能越差,空心率越大其受力性能越好,基本符合力学原理。同时,根据《技术规程》的条文说明的3.3.1:正方体底面的箱体便于设计选用和安装施工。限制边长不大于1 200 mm是为了便于制作、运输、吊运和安装。可知从受力角度分析:b=1 200 mm的箱体空心率?啄=56.77%,也基本符合《技术规程》的要求。
对于跨度较大的结构,现浇混凝土空心楼盖的确有着较为良好的受力性能,一般来说,随着空心率的增大,自重越轻,其受力性能越好。当空心率小于30%时,板的自重仍然较大,板的弯矩以及挠度比较大。但空心率也不是越大越好,当空心率大于55%时,有效截面会削弱,从而导致应力集中,结构进入塑性状态,裂缝增大。通过计算可知,空心率为30%~55%之间是一个比较理想的状态。
Analysis the Hollow Rate to Cast-in-place Concrete Hollow Ceiling Mechanics Influence
Zhang Haoyun
Abstract: The emergence of cast-in-place concrete hollow floor gives a very good solution to this issue, compared with the traditional thick plate and the tic-tac-toe beam floor,the cast-in-situ hollow concrete floor system has higher volumetric void ratio, lighter weight,better mechanical properties,better sound insulation effect,better fire-proof property,better thermal insulation property, and can effectively increase the clearance of construction and can save material,can effectively reduce the cost and duration. These advantages make cast-in-place concrete hollow floor are applied in a growing number of construction. Therefore, to optimize the design of the cast-in-place concrete hollow floor has great significance.
Key words: cast-in-situ hollow concrete floor system;volumetric void ratio;box filler;optimization design