王浩
天津华汇工程建筑设计有限公司，天津 300000
摘要：地下室顶板结构体系中，无梁楼盖经济性好但对施工要求高；而常规的主次梁体系施工容易但经济性差。本文应用YJK软件，分析讨论考虑楼板平面外刚度的梁板协同设计方法和传统刚性楼板算法的差异，提供了一种较优的设计方案。
关键词：土木工程；结构设计；梁板协同
一、应用背景
地下室顶板，常规的楼盖形式有无梁楼盖、框架梁加腋大板、框架梁大板、十字次梁、井字次梁、单向单次梁、单向双次梁等。综合考虑层高因素，无梁楼盖经济性能优越。比较其它楼盖形式，无梁楼盖体系层高要求低，配筋和砼要求低，有较好的经济性；其安全富余度不及其它形式，对现场施工要求高。
鉴于某些地区对无梁楼盖形式抵触较大，且要求顶板执行《地下室防水技术规范》和人防区域顶板厚度不小于250mm的要求，则可充分利用最小板厚要求，设置框架梁+大板（或者加腋大板）。在此条件下，采用YJK软件，分析讨论了考虑楼板平面外刚度的梁板协同的设计方法和传统刚性楼板算法的差异。
二、梁板协调原理
梁板协调（即弹性板计算），盈建科设计软件说明如下：
关于地下车库楼盖，从力学模型的角度看，弹性楼板 6 相对最符合楼板的真实受力情况，可以应用于任何工程。 从工程设计的角度看，在采用弹性楼板 6 假定时，部分竖向楼面荷载将通过楼板的面外刚度直接传递给竖向构件，导致梁的弯矩减少，相应的配筋也会减少，这样可以起到优化设计的作用。
三、梁板协同与刚性楼板假定的合理性比较：
1、变形比较：
刚性楼板假定下，因不考虑梁板协调变形，将梁定义为板的刚性支座之后，不能考虑梁板截面的相对刚度，板在支座位置板变形为零，
有限元计算下，考虑梁、板的之间相对刚度，板支座在梁跨中的位置有竖向位移。这种情况在梁截面小（即梁支撑刚度较小）时，梁跨中位置变形尤为明显。
2、板内力比较：
刚性楼板假定下，梁作为板的刚性支座，板支座在梁跨中处出现最大的弯矩值；梁板协同下，在板角位置负弯矩最大，这更符合实际情况。这是由于板厚较大，梁本身刚度不能当做板的刚性约束，按照弹性板更符合实际情况。
3、梁端剪力之和与柱顶轴力的比较：
因是否考虑板的面外刚度，两种方式荷载传递路径不同。刚性楼板假定下，荷载按照板-梁-柱传递；而梁板协调计算方法则实际考虑板的面外刚度，一部分荷载直接传递至柱。这点可以从，这点可以从柱节点处各梁剪力和与柱顶轴力比较论证。
如下图1所示，为刚性楼板假定下永久荷载标准值下梁端剪力与柱顶轴力比较：剪力之和为464×4=1856KN，与柱顶轴力轴力1886大致相等。
.png)
如下图2所示，为梁板协调下永久荷载标准值下梁端剪力与柱顶轴力比较：剪力之和为361.7×4=1446.8KN，与柱顶轴力轴力1887.3比较，大约减少23%。
.png)
四、计算比较：
利用盈建科的计算结果，梁配筋在施工图中数量，板配筋根据计算结果计算配筋。其中刚性楼板假定梁板分别在【设计结果】和【施工图】中读取；而弹性楼板假定的板配筋需在【等势线】中读取。
通过计算模型柱节点各梁端剪力之和与柱端轴压力相比，发现刚性楼板假定下两者几乎相等，而梁板协同计算下，梁端剪力之和减少约23%，至此达到优化梁配筋和截面的目的。同时有限元结果中，内力和配筋均采用点值，比刚性楼板假定大约大10%。
以7.8m乘以7.8m轴距为例，4kpa活载、1.2米覆土恒载为例，刚性楼板假定下钢筋梁比较如下:
采用刚性楼板计算形式：梁钢筋量为23.64 Kg每平米，板钢筋量为36.6 Kg每平米，合计为60.24 Kg每平米；
采用有限元弹性板6计算形式：梁钢筋量为15.49 Kg每平米，板钢筋量为39.1 Kg每平米，合计为54.59 Kg每平米；
从以上结果可知，采用梁板协调的有限元弹性板6计算形式，总配筋较少。
五、梁板协调的问题
从两种模式的计算比较，梁内力比较刚性楼板假定减少约20%，可从以下两种方式处理，以保证结构安全。
（1）包络设计：按照常规算法，单独验算复核梁抗剪承载力。
（2）构造加强：构造上加强，使梁的抗剪承载力和板抗冲切能力满足荷载要求，需要时可在梁端位置与柱头交界处设置柱帽加强。
参考文献
［1］北京赢建科软件股份有限公司.《建筑结构计算软件技术条件》