不同結構類型現澆空心板力學性能分析*

河南工業大學 土木建筑學院 張志恒

現澆空心板結構是一種新型的水平承重結構體系，該結構受力合理、抗震性能好、經濟效益明顯，在工業與民用建筑中得到了廣泛應用。現澆空心板常見的有圓形孔洞、矩形空洞和雙向肋板等類型。本文，筆者依據板式樓蓋設計的受力島理論，采用STRAT軟件對上述3種不同類型的現澆空心板結構進行建模計算分析，為該結構體系的設計與施工提供參考。

一、模型建立

分別建立圓形孔洞、矩形孔洞和雙向肋板3種現澆空心板的結構分析模型，單跨簡支，柱網尺寸8 000 mm×8 000 mm，樓蓋厚300 mm，模殼自重0.6 kN/m2，混凝土強度等級C30，混凝土容重取25 kN/m3，彈性模量取3×104N/mm2，縱筋采用HRB400 鋼筋，箍筋采用HPB300 鋼筋，恒載取1.5 kN/m2，活載取2 kN/m2，通過超元布置現澆空心板，網格剖分長度為0.5 m。為便于對比分析，在上述建模計算參數一致的情況下，圓形孔洞和矩形孔洞采取相同空心率，矩形孔洞與雙向肋板采用同一肋寬。

二、計算結果

1.圓形孔洞。頂板厚40 mm，底板厚40 mm，孔洞直徑220 mm，孔洞間距275 mm，橫肋間距1 500 mm，橫肋寬度100 mm，空心率為38.13%。圓形孔洞現澆空心板變形及應力分布如圖1所示。

圖1 圓形孔洞變形及應力分布

2.矩形孔洞。頂板厚50 mm，底板厚50 mm，橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm，箱形內模底面尺寸為500 mm×500 mm，空心率為38.13%。矩形孔洞現澆空心板變形及應力分布如圖2所示。

3.雙向肋板。頂板厚50 mm，橫向、縱向肋梁截面尺寸均為150 mm×300 mm，雙向肋板現澆空心板變形及應力分布如圖3所示。

三、計算結果分析

圖2 矩形孔洞現澆空心板變形及應力分布

圖3 雙向肋板現澆空心板變形及應力分布

1.由于矩形孔洞現澆空心板和雙向肋板現澆空心板為雙向對稱結構，所以其變形、應力等分布規律相似，橫肋方向和縱肋方向受力性能相同；圓形孔洞現澆空心板為單邊對稱結構，橫筒方向比順筒方向的變形和應力大，中心區域應力呈橢圓形分布。荷載效應準永久組合作用下圓形孔洞現澆空心板最大變形為13.31 mm，最大應力為39.12 kPa；矩形孔洞現澆空心板最大變形為21.83 mm，最大應力為41.94 kPa；雙向肋板現澆空心板最大變形為17.09 mm，最大應力為36.40 kPa。

2.從矩形孔洞與圓形孔洞計算結果可以看出，相同空心率下圓形孔洞現澆空心板變形小于矩形孔洞現澆空心板結構，應力變化不大。由于相同板厚及空心率情況下，兩種結構形式混凝土用量一樣，而圓形孔洞混凝土多集中在樓板兩側，整體剛度較大，因此變形較小。圓形孔洞現澆空心板空心率受限較大，且為單向受力，矩形孔洞空心率可以更大，它具有明顯的雙向受力特征，并且可以通過改變橫肋、縱肋的寬度來調節結構的剛度。

3.從矩形孔洞與雙向肋板計算結果可以看出，相同條件下，雙向肋板現澆空心板結構力學性能優于矩形孔洞現澆空心板結構。現澆空心板底部受拉，而拉力主要由鋼筋承受，雙向肋板混凝土用量小，自重輕，進而受力性能較好。矩形孔洞現澆空心板的優勢在于可以形成天然平面，施工便捷，使用方便，無需吊頂。

四、結論

隨著人們對建筑使用功能的要求日益多樣化，建筑科學得以不斷發展，現澆空心板這一新型結構體系也必然會貢獻出自己的一份力量。在實際工程中，力學性能僅僅是人們對建筑使用需求的一部分，還應從功能適用，施工難易、工程造價等方面考慮，選取經濟合理的現澆空心板結構形式。