减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法，属于建筑结构技 术领域。
【背景技术】
[0002] 框架结构是由框架梁、框架柱以刚结形式连接而成的承重结构体系。为保证框架 结构的抗震安全，避免竖向构件先于水平构件发生破坏，结构设计时需对框架梁、框架柱的 内力分配进行调整，遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱杆件的设计原则，强柱弱梁的含义 为地震作用下保证框架结构的破坏首先出现在梁端，即首先在梁端部形成塑性铰，梁端先 于柱端发生破坏，对此我国《建筑抗震设计规范》给出了具体内力调整系数。由于传统现浇 楼板对框架梁的加强作用，楼板纵筋参与框架梁负弯矩受力，使得框架梁负弯矩承载力往 往较设计值大的多，框架结构主要在柱端部出现破坏而非框架梁端部，也即强梁弱柱震害， 这在历次大震后的框架震害调研已得到证实。
[0003] 为了增加室内空间高度，在不改变结构层高的前提下，通常采用增加楼板厚度而 不设置次梁的方法。对于不设置次梁、楼板厚度较大的框架结构，楼板纵筋配筋量较大，参 与框架梁负弯矩承载力的程度更大，地震作用下也更容易出现强梁弱柱破坏情况，因此，如 何保证实现强柱弱梁的设计概念，最大程度减轻强梁弱柱震害，是工程技术人员亟待解决 的问题。
[0004] 针对混凝土板对框架梁的加强问题，有文献提出在楼板角部与框架梁交界的界面 设置缝隙的方法，虽然可以解决板对梁的加强问题，但在实践中是否可行存在疑问，主要在 于不论通过设置缝将混凝土板与框架梁完全分开，还是设置隔震装置隔开二者，都不可避 免的存在缝隙，加重产生楼板开裂问题，影响人们正常使用。对于普通混凝土楼板，由于其 开裂引发的房屋质量问题及投诉纠纷并不少见。为了避免楼板开裂，混凝土结构设计规范 等现行规范对混凝土板的最小配筋率有着严格的规定，且随着规范更新，最小配筋率在不 同程度提高，显示出对混凝土楼板开裂问题的重视。
[0005] 因此，需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够提出一种混 凝土楼板设计方法，保证框架梁端部首先形成塑性铰，减轻或避免地震作用下强梁弱柱震 害，同时又能保证楼板连续性，减轻或避免因设置缝隙或隔震装置而导致的楼板开裂，方便 人们使用。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是:在基本不改变混凝土用量的前提下，从设计角度 出发对传统等截面厚度平板式混凝土楼板做出革新，保证框架梁端部首先形成塑性铰，减 轻或避免地震作用下强梁弱柱震害，同时又能保证楼板的连续性，减轻或避免因设置缝隙 或隔震装置而导致的楼板开裂。
[0007] 本发明提出一种减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1，根据楼板跨度、材料强度、荷载情况等参数，按常规设计方法初步确定楼板 厚度ho;
[0009] 步骤2,根据框架梁端部负弯矩折减系数、跨度等参数，计算一个方向框架梁的反 弯点位置X1、X2,计算另一个方向框架梁的反弯点位置 yi、y2;
[0010] 步骤3,根据相邻框架梁反弯点位置，确定薄板区3的范围，薄板区3位于楼板四角 位置，按单向板或双向板计算薄板区3的厚度lu，并满足混凝土结构设计规范对于现浇混凝 土单向板或双向板的最小厚度要求；
[0011] 步骤4,确定腋板区1向板内的延伸长度，腋板区1由支座延伸至相邻框架梁反弯点 位置；
[0012] 步骤5,根据步骤3确定的薄板区范围及厚度lu，计算薄板区混凝土用量;根据步骤 1确定的楼板厚度ho及薄板区范围，计算两种参数下混凝土用量差w;
[00?3] 步骤6，计算a = xi/yi，将该混凝土用量差w向支座加腋区1分配，短跨框架梁相连腋 板区混凝土分配量与长跨框架梁相连腋板区混凝土分配量比值为α，该区域楼板截面高度 在支座位置较高，按坡形或阶梯形减小楼板截面高度至平板区2，形成变截面楼板；
[0014] 步骤7,采用有限元分析程序计算腋板区1、平板区2所组成的变截面楼板各部位的 内力，根据内力计算结果进行楼板截面校核及配筋设计；
[0015] 步骤8,根据薄板区3的厚度hi、平面尺+xi、yi及荷载、混凝土强度等参数，计算薄 板区3配筋，所述薄板区3与腋板区1交界的边界按固结边界考虑，所述薄板区3与框架梁交 界的边界按铰接边界考虑，并满足混凝土结构设计规范对板配筋的构造要求。
[0016] 步骤9,腋板区1底面的坡形区域或阶梯形区域增配构造钢筋，完成混凝土楼板优 化设计。
[0017] 所述步骤2中框架梁反弯点计算公式为:11 = 〇.21101、12=(1_〇.2110)1，0为框架 梁端部负弯矩折减系数，1为框架梁跨度。
[0018] 本发明的设计理念是:根据框架梁自身的弯矩分布规律，确定楼板减薄的范围及 跨中楼板加腋长度，即在梁支座位置的负弯矩区，将相连楼板截面降低，该区域楼板截面高 度及配筋仅按自身范围内的荷载及边界条件确定，不参与楼板的整体承载；同时，将跨中梁 受压区域对应的楼板截面增大，增大部分的楼板区域沿梁轴线取竖向荷载下梁跨中正弯 矩长度，提高该位置楼板承载力，弥补楼板四个角部不受力所引起的楼板承载力削弱，而框 架梁跨中区域相连楼板对梁的抗震影响很小，不影响强柱弱梁的抗震设计要求。
[0019] 与现有技术相比，本发明提出的减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法有 着较大的创新性，其创新性及有益效果在于:与传统等截面厚板式楼板相比，本发明的设计 方法能够大大降低框架梁负弯矩区相邻楼板的截面高度及配筋量，减少了楼板钢筋参与框 架梁负弯矩受力程度，控制塑性铰在梁端出现，从而有效减轻或基本避免了因楼板加强作 用而导致的强梁弱柱震害现象，实现强柱弱梁的抗震设计要求;与楼板角部设置缝隙的方 法相比，本发明的设计方法通过设置薄板区及薄板区边界支撑条件减轻混凝土板对框架梁 的加强作用，不改变混凝土板的连续性，从而避免了楼板的开裂，保证了结构的正常使用。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法流程图；
[0021]图2为本发明的减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法实施例一；
[0022]图3为实施例一剖面I-Ι示意图；
[0023]图4为实施例一剖面Π -Π 示意图。
[0024] 1-腋板区、2-平板区、3-薄板区；Χ1、χ2-Χ向框架梁反弯点至梁左端轴线距离; yi、 y2-Y向框架梁反弯点至梁下端轴线距离。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供了一种减轻强梁弱柱震害的混凝土楼板优化设计方法，下面通过附图 说明和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0026]参照图1~图4,示出了本发明的混凝土楼板及其设计方法的一个具体实施例。
[0027] 框架结构柱网尺寸8.5X7.2m，X向8.5m，Y向7.2m，框架柱截面800X800mm，框架梁 截面400 X 800mm，楼板跨度8100 X 6800mm，活荷载标准值2. OkN/m2，附加恒载标准值2. OkN/ m2，混凝土强度C30，纵筋HRB335，纵筋保护层厚度15mm，框架梁支座配筋8 土 25。
[0028] 步骤1，根据楼板跨度、材料强度、荷载情况等参数，按常规设计方法初步确定楼板 厚度ho。楼板最小跨度6800mm，按三十五分之一板跨确定楼板截面高度并取整数，取ho为190 ~200mm，本例按190mm考虑，计算楼板配筋得支座处受力钢筋Φ16间距200,跨中板底受力 钢筋双向土16间距200。
[0029] 步骤2,根据框架梁端部负弯矩折减系数、跨度等参数，计算一个方向框架梁的反 弯点位置X1、X2,计算另一个方向框架梁的反弯点位置 yi、y2。框架梁跨度按轴线跨度考虑， 端部负弯矩折减系数取l.〇，X向框架梁反弯点位置距离左侧轴线①分别S X1 = 1794mm、x2 = 6706mm，Y向框架梁反弯点位置距离轴线像分别为yi = 1520mm、y2 = 5680mm，见图2。若梁端 部负弯矩折减系数取小于1.0的数值，需相应调整反弯点的位置。
[0030] 步骤3,根据相邻框