地下车库无梁楼板与梁板式楼板的比较研究.doc
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1、目 录摘要:IAbsrtact:II1. 选题背景和研究意义11.1 选题背景11.2 研究意义12. 无梁式与梁板式地下车库顶板的研究现状22.1 无梁式地下车库顶板国外研究现状22.2 无梁式地下车库顶板国内研究现状22.3 有梁式地下车库顶板国外研究现状32.4 有梁式地下车库顶板国内研究现状43. 无梁式与梁板式地下车库顶板的技术对比63.1 梁板式楼板63.1.1 井字梁、主次梁结构63.1.2 蜂巢芯密肋空腹楼盖结构63.1.3 网梁结构73.1.4 加腋大板结构83.2 无梁楼板板柱结构94. 地下车库无梁楼板与梁板式楼板的经济性能比较114.1 模板工程124.1.1 梁板式楼
2、板使用量及费用124.1.2 无梁楼板的使用量及费用134.2 钢筋工程144.2.1 梁板式楼板钢筋用量及费用154.2.2 无梁楼板钢筋用量及费用204.3 混凝土工程224.3.1 梁板式楼板混凝土用量及费用224.3.2 无梁楼板混凝土用量及费用225. 无梁楼板与梁板式楼板发展趋势245.1 无梁楼板的发展趋势245.2 梁板式楼板的发展趋势25结论与展望27存在的缺点和不足28参考文献29致谢30地下车库无梁楼板与梁板式楼板的比较研究 摘要:如今随着人们生活水平的不断提升,私家车已经成为了人们出行比较常用的一种方式,私家车数量的增多,停车位的稀缺成为了一个比较严重的问题,很多房地产
3、开发商为了能够吸引消费者,在建设住宅的过程中也规划出了地下停车场,也就是所说的地下车库结构。本文在研究的过程中针对性地探讨了地下车库无梁楼板与梁板式楼板两大类楼盖的优缺点,并在实际应用中进行了对比研究,主要分析了无梁楼板与梁板式楼板的研究现状;地下车库施工过程中无梁楼板和梁板式楼板的技术对比;地下车库的施工过程中无梁楼板和梁板式楼板经济性能;地下车库两种楼盖形式的发展趋向等方面的问题。结合具体案例加以阐述,希望对相关设计人员今后的设计工作能够起到一定的指引作用。关键词:地下车库;无梁楼板与梁板式楼板;技术对比;经济性能;发展趋向Comparative Study on Beam-less Fl
4、oor Slab and Beam-slab Floor Slab in Underground Garage Absrtact:withthecontinuousimprovementofpeopleslivingstandards,privatecarshavebecomeamorecommonlyusedwayforpeopletotravel.Withtheincreaseofthenumberofprivatecars,thescarcityofparkingspaceshasbecomeamoreseriousproblem.Inordertoattractconsumers,ma
5、nyrealestatedevelopershaveplannedundergroundparkinglotsintheprocessofbuildinghouses,whichisalsocalledundergroundgaragestructure.Inthispaper,theadvantagesanddisadvantagesofbeamlessfloorslabandbeam-slab-typefloorslabinundergroundgaragearediscussed,andtheresearchstatusofbeamstatusofbeamlessfloorslaband
6、beam-slab-typefloorslabisanalyzed.Combinedwithspecificcasestoelaborate,hopetorelevantdesignersinthefuturedesignworkcanplayaguidingrole.Keywords:undergroundgarage;beamlessfloorandbeam-slabfloor;technicalcontrast;economicperformance;developmenttrendII1.选题背景和研究意义1.1选题背景“地下车库”,顾名思义就是建在建筑物的下面,低于室外地坪用来停车的
7、地下室。众所周知,地下车库楼盖的作用突出,占造价比重较大,它是传递结构竖向荷载的重要构件,先把竖向荷载传递给柱、墙等竖向承重构件,通过竖向构件再传给基础和地基,由于温度、湿度、净高以及规范要求等因素,建设地下车库的顶板要选取合适的结构类型,科学的顶板布置方案,这一切都会直接或间接的决定地下车库是否可以顺利建造并满足正常使用。因此,选择合理的楼盖结构形式是处理好结构设计安全性、适用性、经济性之间关系的关键。随着我国经济的不断高速发展,人口多,车位少,已成为我国各大,中城市的通病,停车难也成为城市发展的“顽疾”。对于城市资源短缺,土地稀少的现状,为了有效利用规划用地,增大停车率,开发和建设地下车库
8、成了解决当前停车问题的有效途径。房地产开发商将车库建在地下,最大化的利用地下面积,增加停车率,地下车库逐渐向着大面积,大柱距,大跨度的方向发展。随着建筑面积的增大,带来了很多的技术问题,比如:选择不同的车库顶板结构在材料造价、质量控制的难易程度等都有着很大的差异,为了满足行车要求,提高结构的整体刚度及稳定性,需要选择合适的楼盖形式。因此,基于工作和实习经验,对车库顶板结构中的无梁楼板和梁板式楼板两种顶板结构进行了比较分析研究。1.2研究意义随着地下车库的不断普及,为满足设计要求,地下车库楼盖形式也越来越多,也导致很多问题出现。目前,地下车库顶板大体可分为两种:无梁楼板和梁板式楼板,最常见的无梁
9、楼板结构为板柱结构,它们可以把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系,使同高的楼层扩大净空,节省建材,提高施工进度,而且质地更密,抗压性更高,抗振动冲击更强,结构更合理。常见的梁板式楼板主要有:井字梁、十字梁、单向主次梁、大板结构、密肋楼盖、蜂巢芯、网梁。它们不仅可以减少造价,减轻结构自重,减少模板量等优势,也能实现空间的随意分隔,同时还具备结构净高易保证等特点。本文通过实际工程,对地下车库两种常见的楼盖形式在技术要求、经济性能以及发展趋向进行比较,并结合具体案例加以阐述,所得成果希望能对相关设计人员提供帮助。2.无梁式与梁板式地下车库顶板的研究现状2.1无梁式地下车库顶板国外研究
10、现状国外的无梁楼盖研究始于1906年,学者C.A.P.Tuner在美国明尼苏达州建造了第一座带柱帽的无梁楼盖,至此无梁楼盖的研究正式进入工程界视野,并不断加深拓展。1921年,Westergaard和Stater的分析研究了无梁楼板受力时截面正负弯矩及其过渡段的受力特性。为进一步完善无梁楼盖的理论体系,美国伊利诺伊大学土木系于1956年对均布荷载下有、无柱帽的无梁楼盖体系开展了一系列的模型受力试验,对比了采取深边梁和宽肩边梁时,楼盖内力分布与破坏时的不同形态,极大地丰富了无梁楼盖的设计理论。竖向静力荷载作用下空心无梁楼盖结构的设计理论,主要由前联邦德国海森堡的工程师Leopold Muller
11、提出,并在1964年由GFranz教授对其提出的巢式空心板楼盖进行了相应的试验研究,进而指出空心楼盖设计可根据同刚度实心楼盖进行。1967年,美国工程师HendlerEH建成了以块状发泡塑料为填充物的空心无梁楼盖,并针对这种结构形式作了大量施工方法和特殊构造措施方面的研究,把实验研究和工程应用的距离又缩短了一大段。之后1982年英国的LA.Clark和GelHot、1986年A.B.Ajdukiewcz和A.T.Klisczewicz。2000年M.S.Hashim和M.H.KAalilLA.B也进行了大量缩尺结构模型的试验研究,提出了大量关于弹塑性理论和裂縫、挠度发展的公式理论和计算方法。2
12、.2无梁式地下车库顶板国内研究现状我国最早建造无梁楼盖直到上世纪八十年代,由国外引进的升板技术,最早出现的是现浇平板无梁楼盖结构体系。九十年代初期开始,我国出现专门的科研人员来对无梁楼盖结构体系进行较为系统的分析和研究,如楼盖的冲切强度专题组、中国建筑科学研究院、解放军后勤工程院以及其他高校的科研单位。其中研究板的抗冲切强度专题组经过深入的分析,最终确定出无梁楼盖的抗冲切强度公式。另外其他科研单位通过对混凝上无梁楼盖的大量实验分析.研究楼盖的塑性设计方法,给出了楼盖在考虑塑性内力重分布时的设计方法。 空心楼盖的应用始于上世纪90年代初,随着现浇混凝土空心楼盖工程在国内应用的逐渐增多,与其相关的
13、研究也陆续成为热点。鉴于其具有白重轻、耗材少,保温隔热好、节能环保等优势,这种楼盖的结构形式的应用得到迅速的推广。多年来总计建筑面积已逾上亿平米。圆筒型GBF空心楼盖是国内最先开始应用,同时也是工程实例较多楼盖,由于其研究工作开展较早所以理论和实践资料相对比较丰富,研究状况比较成熟。随着近些年来建筑行业发展的不断推动和深入,同时新型施工工艺也在不断的创新,模壳密肋梁结构和组合模盒现浇混凝土双向空腔密肋楼盖的研究成果和工程应用也日趋成熟。如2012发布实施的现浇混凝土空心楼盖技术规程(JGJ/T268,2012)与前版相比,与箱体、块体为内模的空心楼盖的部分内容有了更多丰富和补充,这为此类空心楼
14、盖以后的应用提供了更加强有力的技术参数支持。现浇密肋楼盖、现浇空心楼盖的国标、省标图集相维推出,促进了现浇密肋楼盖和现浇空心板技术的不断深入发展。 湖南大学的沈蒲生教授编写的楼盖结构设计原理)对实际工程中常使用的现浇钢筋混凝上单向板助形楼盖、双向板肋形楼盖、井式楼盖、双向密肋楼盖以及无梁楼盖做了详细的介绍,并对在双向板肋形楼盖考虑塑性内力重分布的弯矩调幅方法、双向板肋形楼盖按板破坏机构塑性极限分析的讨论、双向板肋形楼盖按梁-板破坏机构的塑性极限分析、双向密肋楼盖的足尺试验与理论等方面做了深入研究,给工程技术人员和科员人员提供了重要参考。 余振洲和金光豪编著的地下车库无梁楼盖结构设计技术措施对内
15、跨8.1m8.1m柱网,在覆上厚1.0m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m况下,采用经验系数法计算,给出了非人防区和6级人防区地下车库无梁楼盖的顶板厚度、托板和斜柱帽尺寸、柱截面尺时,混凝土和钢筋的强度等级及内跨配筋等重要结论。同时对端跨跨度8.5m、8.1m、7.5m、7.0m、6.5m,边支座有半柱帽和无柱帽时,在相同覆土厚的工况下,采用等代框架近似分析方法计算出弯矩内力,给出了非人防区和6级人防区端跨的弯矩等重要结论。过去很长一段时间内,在设计柱上有梁的双向板楼盖时,设计师常把梁的截面尺寸选的比较大,通常按照梁式楼盖来设计,把梁当做承担楼板反力的支座。而在如何运用浅梁来作为板的加强
16、设计方面仍是一个空白,随着研究理论的不断深入,这个问题直到ACI规范颁布之后才得到解决。2.3有梁式地下车库顶板国外研究现状在国外,对井字楼盖和密肋楼盖的研究还是比较多的,但对于有内模埋入形成的空心楼盖的研究还是相对较少的。现浇混凝土空心楼盖起源于德国,是从现浇混凝土无梁楼盖开始的,由前联邦德国工程师Leopold Muller于二十世纪六十年代中期首先提出,当时称之为“B-Z体系”。G.Franz教授对蜂巢式空心板结构进行了试验研究,指出在静力荷载作用下,可采用相同刚度的实心无梁楼盖的计算方法来设计空心无梁楼盖结构。1967年,美国著名工程师Edgar H.Hendler也提出了一种蜂窝式空
17、心无梁楼盖(Cellular Flat Plate),它是用块状发泡塑料为填充构件而形成的空心楼盖,但他只着重研究了这种结构的施工方法,并没有对其设计理论进行进步的试验研究。在当时由于使用发泡塑料作为空心无梁楼盖的填充材料,施工上极为不方便,所以这种楼盖形式没有得到很好的发展。 1979年,英国的G.Elliot和L.A.Clark等做了关于空心板的试验,他们称这种空心板为Vaided Slab,那时还是作为桥面板来研究的。1982年,G.Elliot和L.A.Clank用环氧树脂制作了含单向圆孔的空心板模型,并通过有限元分析得到板刚度系数的近似计算公式,并研究了这种作为楼面板和桥面板的空心板
18、的刚度。 1986年,A.B.A.jdukiewicz和A.T.Kliszczewicz进行了1/3缩尺的六区格无梁密肋楼盖试验,对这种楼盖板的裂缝规律,破坏机构和塑性铰线等进行了研究。2000年,M.S.Hashim和M.H.Khahl进行了八个1/4缩尺的蜂窝式板试验研究,提出了基于“有效弹性模量”的挠度简化计算方法。2.4有梁式地下车库顶板国内研究现状上世纪90年代初,随着现浇混凝土空心楼盖工程在国内应用的逐渐增多,与其相关的研究也陆续成为热点。鉴于其具有减重、省料、节能环保等优势,这种楼盖形式的工程应用得到迅速的推广,20多年来总计建筑面积已达上亿平米。国内最先开始应用同时也是工程实例
19、较多的是圆简型GBF空心楼盖,研究工作开展较早,资料相对比较丰富。随着近些年建筑行业发展的推动和新型施工工艺的创新,模壳密肋梁结构和组合模盒现浇混凝土双向空腔密肋楼盖的研究成果和工程应用也日趋成熟。如2012新发布实施的现浇混凝土空心楼盖技术规程(JGJ/T268,2012)较前版,对以箱体、块体为内模的空心楼盖的部分内容有较多丰富和补充,这为此类空心楼盖以后的应用提供了更加强有力的技术支持。现浇密肋楼盖、现浇空心楼盖的国标、省标图集相继推出,促进了现浇密肋楼盖和现浇空心板技术的发展。 在试验研究和理论探讨方面,东南大学,吉林建筑工程学院,中南大学,重庆大学,贵州大学等对圆简式空心楼盖进行了多
20、种缩尺模型试验,并在此基础上作了大量理论研究和分析,得出较多建设性的成果。 组合模盒现浇双向空腔密肋楼盖的研究也比较多:湖南大学张阿粒利用ANSYS有限元软件分析了其在竖向荷载作用下的受力特性,给出了四边简支条件下空腹板的双三角级数形式的解析解,并以截面刚度等效的原则,将混凝土空心楼盖等效为空间网格的密助梁体系,提出了这种结构的实用计算方法图:东南大学程文壤对箱体的内模形式、现浇蜂窝式空心楼盖的计算、现浇蜂窝武空心双向板的计算与施工等进行了探讨;湖南大学吴方伯对WFB密助空心楼盖进行了大比例模型试验,提出了这种楼盖的一整套较为完善的设计计算方法,湖南大学冯承辉对箱型现绕空腹板进行了非线性全过程
21、有限元分析,分析了空腹板在四边简支、角点支承两种条件下的受力性能,提出箱型现浇楼盖可借用密助梁或井式梁楼盖进行内力计算;上海交通大学谢靖中通过有限元模型计算,提出薄壁箱体现浇混凝土空心板可利用各向等效刚度板单元进行计算;武汉理工大学龚瑶进行了密助空腔楼盖体系的振动台模型动力响应分析,得到了在地震作用下结构的变形特征、受力性能和破坏机理。上述为无梁楼板与梁板式楼板的从刚开始使用到现在的不断普及的国内外发展现状,以及国内外两种楼盖形式的发展趋势,各学者明确说出了两种结构在理论和实践中的成果,本文在这些成果的基础上对梁板式楼板和无梁楼板进行了技术对比,结合实际工程在材料使用上进行了经济对比分析,通过
22、对比及结合实际分析两种地下车库顶板的发展趋势,希望能对相关研究提供帮助。3.无梁式与梁板式地下车库顶板的技术对比地下车库的楼盖形式有很多,目前最常见的为无梁楼板和梁板式楼板,无梁楼板仅指板柱结构,梁板式楼板主要有井字梁结构、十字梁结构、主次梁结构、主梁加大板结构、密肋梁结构、蜂巢芯结构和网梁结构。以下主要对梁板式楼板中的井字梁结构、蜂巢芯空腔密肋梁结构、网梁结构、加腋大板结构和无梁楼板的板柱结构进行技术上优缺点的比较,通过一些已有的理论概念,研究哪一种楼盖结构更适合我国现阶段的发展需求以及地下车库各楼盖形式的发展方向。3.1梁板式楼板3.1.1井字梁、主次梁结构(1)工艺原理井字梁与主次梁结构
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