钢筋混凝土楼板设计中几个问题的分析

孙　楣　张一宏

摘要:本文分析了钢筋混凝土楼板设计中几个常见问题,供大家参考。

关键词:楼板截面设计荷载

0 引言

楼(屋面)板是组成楼盖的重要承重构件之一,它将楼面、屋面的荷载传给其周围的梁、墙、柱等构件,同时也作为梁等的水平支撑。现浇钢筋混凝土楼板常用设计方法一般有两种:塑性理论和弹性理论。塑性方法概念清楚,也比较成熟,但计算较为繁琐,实际设计中仍以弹性方法为主。板设计的好坏必将影响梁、墙、柱等构件及整个建筑物的安全性和经济性。所以,必须重视现浇钢筋混凝土楼板的设计。本文拟从几个方面讨论楼板设计中常见的问题。

1 结构受力机理不清、混淆板的类型

结构机理是指结构在荷载作用下受力后的行为表现,或结构通过怎样的作用将荷载传至支座。为计算方便或对板的受力机理认识不清,简单地将双向板作为单向板进行配筋计算,计算假定与实际受力状态不符,导致一个方向配筋过大,而另一方向仅按构造配筋,造成此方向受力钢筋配置严重不足,致使板出现沿该跨方向的裂缝。所以,应正确地理解板的受力机理,区分现浇板是单向板还是双向板,并且将其荷载合理地分配到板的四周支承结构上。

2 荷载处理问题

2.1 当按弹性理论求多跨连续双向板的支座最大负弯矩时,如果活荷载不按基本假定的满跨布置而是按棋盘式布置时,区格板会发生破坏。因为支座上承受负弯矩钢筋伸出长度不够,过早截断或弯下造成的。

2.2 在民用建筑中,由于建筑物的建筑功能要求,常常在楼板的某些位置上布置一些非承重隔墙。因此在设计过程中常常将该部分的线荷载换算成等效的均布荷载后,进行板的配筋计算。但有些设计人员错误地将隔墙的总荷载除以板的总面积。另外,板上隔墙顶部处理常采用立砖斜砌顶紧上部分的楼、屋面板,这样会给上部的楼板增加了一个中间支承点,使其变为连续板,支承点上部出现了负弯矩,而在板的设计中又没考虑该部分的影响,致使板的顶面出现裂缝。同时该隔墙又将上部板的荷载传到其下部的支承结构,产生一种恶性连带影响,出现支承结构荷载漏算或没有考虑等设计错误。

3 内力分析与截面设计问题

3.1 双向板的计算忽略了材料泊松比的影响。如果双向板按弹性理论进行计算,其计算较复杂,设计时常常采用查表方法。但一般情况下,大多数表格给出的是泊松比=0时各相应支承情况下的系数。而混凝土的泊松比=1/6(或0.2),在计算跨中弯矩时应考虑混凝土泊松比,进行内力调整计算。设计人员在计算过程中往往忽略了该跨中弯矩的调整,使跨中弯矩偏小,造成现浇板配筋不足而出现裂缝。有些设计人员干脆按刚结条件确定支座弯矩,按四边简支确定跨中弯矩,造成很大的浪费;也有些设计人员简单地按单向板的调幅方法将一部分支座弯矩移至跨中,这样可能造成跨中两个方向抵抗力分配不均衡,影响正常使用。此外,普通钢筋混凝土板在正常使用状态下一般都开裂,特别是支座处,由于峰值应力较大,开裂显著,则弯矩会自动向跨中转移。这样,仅仅按弹性方法设计和配筋会对跨中不利。因此在查表进行内力计算时,要求认真分析表格的来龙去脉,做到能够正确地使用各种表格,而不是盲目地查表计算。

3.2 双向板有效高度取值偏大。双向板在两个方向均产生弯矩,因此双向板跨中正弯矩钢筋是纵横叠放,短跨方向的跨中钢筋应放在下面,长跨方向的跨中钢筋置于短跨钢筋的上面,计算时应采用两个方向的各自有效高度。一般长向的有效高度比短向的有效高度小d(d为短向钢筋的直径)。有的设计者为图省事或对板受力认识不清,而按两个方向的有效高度相等进行配筋计算,致使长跨有效高度偏大,配筋降低,使结构构件存在质量隐患甚至出现裂缝的现象。

4 温度收缩钢筋的设计问题

规范10.1.9条,在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距宜取为150—200mm,并应在板的未配筋表面布置温度收缩钢筋。板的、下表面沿纵,横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%。

温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置,也可另行设置构造钢筋网,并与原有钢筋接受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。

如果温度收缩钢筋利用原有钢筋贯通,那么,在不同轴线位置的上部负筋各小相同,如1轴为8@200,2轴为10@150,3轴 8@180,贯通钢筋如何处理:一种处理方法可采用以配筋最大的支座钢筋为基础,通k配筋,这种可减少上部钢筋的种类,这对设汁及施工方来说都较简单,明确,但不足之处就是增大了较小支座的负筋,造成较大的浪费,另一种处理方法,以配筋最大的支座钢筋为基础,隔根布筋,在两根通长钢筋之间扣除通长钢筋的面积后补足配筋不足支座应配钢筋,并且满足规范规定的钢筋间距要求,第三种方法是统一支座处负筋间距,然后按隔根布筋原则交错将本支座负筋与邻近支座负筋搭接。后两种方法虽没有增加较小配筋支座的钢筋用量,但增大了设计的工作量。

采用设置构造钢筋网,并与原有钢筋接受拉钢筋的要求搭接,就存在一个问题,在构造钢筋与受力钢筋直径不同时,搭接长度应该取受力钢筋的直径计算还是取温度收缩钢筋的直径计算?根据规范9.4.3条,位于同一连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率,对梁类、板类及墙内构件不宜大于25%,那么受力钢筋与构造钢筋之间的绑扎搭接接头应该是相互错开的,导致受力钢筋用量增加,在设计时是否有必要按受拉钢筋搭接接头应该是相互错开的,导致受力钢筋用量增加,在设计时是否有必要按受拉钢筋搭接要求进行搭接。

首先,根据试验表明,搭接钢筋的破坏是由于纵向劈裂导致的滑移拔出,劈裂裂缝首先沿两根钢筋之间发生,而对于温度收缩钢筋,仅仅是为了抵抗温度收缩而设置,对结构安全并无影响,更谈不上钢筋的纵向劈裂,其次,一般钢筋的搭接是指受力钢筋,而温度收缩钢筋并不是受力钢筋,而是构造钢筋,它仅在构造上加强结构的整体性及抵抗裂缝等措施,另外,在板的未配筋表面,一般是在板的混凝土的受压区,在该区域布置的钢筋也会受到压力,如果按受拉钢筋的搭接要求处理是否欠妥,在这样的情况下,认为布置温度收缩钢筋时,可将支座处布置受力钢筋的范围设定为一个支座,然后将温度收缩钢筋按锚固长度的要求描入该区域或者取一个固定值作为搭接长度即可。

5 其它构造方面的问题

5.1 支承在挑梁上的现浇双向板,由于挑梁端部为自由端,会产生向下的位移,而根部为支座,不会产生位移,这就形成一个位移差△Y,该位移差使支承在其上的双向板上部形成拉应力,如果按正常的双向板仅在支座处布置负弯矩筋,则存板的中部未配筋域就很容易产生上部裂缝,因此,对涉及到现浇双向板支承在挑梁上时,建议将上部负弯矩筋拉通布置,以抵抗裂缝的产生。

5.2 对挑檐板等悬挑构件,由于暴露于室外,温度变形较大,在设计时,应在板底部未配筋区域增加一些构造筋,规范9.1.1条,注4。现浇挑檐、雨罩等外露构件伸缩缝间距不宜大于12m,表明其温度、收缩应力较大,规范10.1.9条在温度收缩应力较大的现浇板区域内,钢筋间距宜取为150—200m,并应在板的未配筋表面布置温度收缩钢筋,板的上、下表面沿纵横两个方向的配筋率均不宜小于0.1%,在设计时应将挑檐、雨罩未配筋区域增加双向钢筋网,以抵抗温度变形。

6 结束语

总之,由于设计考虑不周,不仅使现浇板出现裂缝,而现浇板的裂缝将会减小板的断面以及导致钢筋锈蚀削弱钢筋截面等不良后果,也势必降低板的安全性、耐久性及板的正常使用,严重者还可能造成结构的破坏。因此,在进行现浇板的设计时要正确分析板的受力状态,熟悉板的各种构造要求,并按规范相应的构造要求严格执行,才能从根本上消除设计质量的隐患。