地下車庫頂板應力實測

摘 要：地下車庫頂板設計通常采用彈性算法、塑性算法和有限元算法。這三種算法在板跨中及板邊得出的配筋結果差異很大，通常可達到60%以上，而實際工程中基本不會出現頂板鋼筋應力不足的問題，因此，文章主要研究不同算法對頂板鋼筋應力的影響以及頂板鋼筋的實際應力狀態。

關鍵詞：彈性算法；塑性算法；有限元算法；配筋差異；應力狀態

目前結構設計地下車庫頂板時，通常有三種方法——彈性算法、塑性算法和有限元算法。手冊算法是指按《建筑結構靜力計算手冊》中板的彈性薄板算法；塑性計算方法是按照《建筑結構靜力計算手冊》中板的極限平衡法計算四邊支承板；有限元方法是程序將把板塊拆分成若干小塊進行有限元計算。這三種算法得出的配筋結果差異很大，特別是對于地下車庫跨度比較大的板，差異甚至可達到60%以上，因此，我們需要了解地下車庫頂板的真實受力狀態，完善目前的計算方法，使今后的設計更加合理。

1 頂板計算方法分析

1.1 頂板計算理論

有限元法是將求解的結構或構件分解成通過節點相互連接的若干個細小單元，利用單元間的相互關系得出近似解。其基本方程仍舊與彈性算法或塑性算法一致[1]。

彈性算法和塑性算法的區別在于對結構變形狀態的限制：彈性算法允許結構出現彈性變形，即結構在外力作用下產生的可以恢復的變形或尺寸變化；塑性算法允許出現塑性變形，即結構在外力作用下產生的不可恢復的變形或尺寸變化[2]。

彈性算法和塑性算法包括以下五種計算理論：

（1）線彈性分析方法：結構某一截面達到承載力極限狀態，結構即達到承載力極限狀態。

（2）塑性內力重分布方法：我國規范和軟件中，單向板、梁等都是此種方法。這種方法其實只是在線彈性分析結果上的一種內力調整。結構承載力的可靠度低于按彈性理論設計的結構，結構的變形及塑性絞處的混凝土裂縫寬度隨彎矩調整幅度增加而增大。

（3）塑性極限方法：結構出現塑性絞后，結構形成幾何可變體系，結構即達到承載力極限狀態。

（4）非線性分析方法：分為材料非線性，幾何非線性，狀態非線性。非線性結構在某一薄弱處達到承載力極限狀態，結構即達到承載力極限狀態。一般在罕遇地震，p-delta，push等分析中采用。

（5）試驗分析方法：對復雜結構進行模型試驗分析。

1.2 頂板三種算法結果比較

文章采用有限元軟件PKPM中板結構設計計算模塊進行彈性算法、塑性算法和有限元算法的分析比對。地下室柱跨通常在8.1m左右，對8.1×8.1m跨度板進行三種算法的分析，計算考慮板四邊固接，角柱鉸接，板厚250mm，荷載44.25kN/m2（板厚*重度+覆土厚度*覆土重度+消防車荷載=0.25*25+1*18+20=44.25），各算法彎矩配筋結果顯示：三種算法在板中彎矩及配筋結果相差不大，彈性算法配筋量是有限元算法的96.5%，塑性算法是有限元算法的80.4%。在板邊彎矩及配筋結果相差較大，彈性算法配筋量是有限元算法的98.9%，塑性算法是有限元算法的43.9%。根據對比結果可知，彈性法和有限元法計算彎矩配筋較為接近，但與塑性法結果相差較大，配筋量差值可達到56.1%，接近60%。因此，在地下車庫厚板配筋中，由于各種假定條件的存在，計算配筋可能存在很大富余量。文章將對某地下車庫頂板和基礎鋼筋進行應力實測，根據實測結果分析鋼筋在結構中的作用情況。

2 實例分析

2.1 工程概況

上海天華建筑設計有限公司設計的楔形外高橋A5-1地塊，位于上海浦東，北靠東高路，東臨蘭谷路。本項目為三類居住用地，大底盤多塔樓結構，一層地下室，上部由11棟11層塔樓，兩座變電站和一個垃圾收集站組成，整個大底盤長寬約為200×200m，總用地面積42237.3m2。采用樁筏基礎，地下室平均層高4m，頂板厚度250mm，上部承受覆土行車等荷載作用。

2.2 鋼筋應力實測

本試驗采用常州金土木工程儀器有限公司生產的JTM-V1000型振弦式鋼筋測力計，通過儀器讀取測力計內部弦絲的頻率推算出鋼筋應力[3]。鋼筋計測點布置如圖1：X方向三跨8.1m，Y方向1跨

6.2m。

2.3 實測結果對比

頂板2014年9月15號開始澆筑混凝土，自澆筑開始每隔三天測量一次，測量四次之后改為每隔一周測量一次[4]，直到2015年1月17號頂板覆土綠化完工。1-a/b/c為1組，布置于板底跨中X方向，2-a/b/c為2組，布置于板底跨中Y方向，頂板配筋雙層雙向16@200鋼筋，實測結果顯示：頂板底部跨中鋼筋應力值采用不同的算法差值在40MPa以內，相比塑性算法計算的最低120MPa高出三分之一。但無論是X方向還是Y方向，實測值都遠遠小于計算值，實測值鋼筋應力不到50MPa，遠沒有達到設計值360MPa。因此，就頂板鋼筋的應力來說，鋼筋存在的浪費，鋼筋強度沒有得到發揮。

頂板在選擇配筋的過程中，會考慮到強度問題以及板的裂縫問題，設計中應盡量在滿足裂縫要求的前提下盡可能發揮鋼筋的強度。可以通過采用較小直徑的鋼筋或添加劑等辦法解決裂縫問題，減少鋼筋用量。

3 結束語

（1）從模擬結果可以得出，三種計算方法對板跨中和板邊的影響不一致，三種算法計算的板跨中彎矩配筋差別很小，但是在板邊的差別可以達到近60%，在設計過程中應合理分析并選擇計算方法。

（2）就鋼筋的應力而言，實測頂板鋼筋應力僅達到設計強度的14%不到，鋼筋強度冗余過大。

參考文獻

[1]熊海明，覃龍壽.鋼筋混凝土厚板的有限元計算[J].廣西城鎮建設，2011（1）：79-82.

[2]聶衛東.水泥工業中厚板的設計計算方法分析[J].山西建筑，2014，40（31）：63-64.

[3]李鋒.鋼筋應力計在樁身軸力測試中的計算方法[J].浙江水利水電學院學報，2015，27（2）：62-65.

[4]朱俊民，費春艷，沈陶.地下室溫度應力有限元計算與實際應力檢測對比分析[J].四川建筑科學研究，2015，41（5）：142-146.