浅谈高层建筑结构楼板设计方法

浅谈高层建筑结构楼板设计方法

作者：卢宝

来源：《建筑工程技术与设计》2015年第03期

【摘要】通常认为楼板仅仅是承担竖向荷载的结构，但在高层、超高层建筑中，特别是在抗震设防地区、强风压地区，楼板还承担着聚集、传递、分配水平荷载的重任，因此对楼板的设计要求也发生了质的变化，文章通过分析楼板在高层建筑结构中的作用、受力特性，细述楼板的

“计算设计”、“概念设计”和“构造措施”，以“楼板协调各抗侧力构件（结构）共同工作”为主线索，提出楼板设计的一些新思路。总结近年来设计实践中碰到的问题，分析楼板在高层建筑结构中的作用、受力特性，细述楼板的\"计算设计\"、\"概念设计\"和\"构造措施\"，以\"楼板协调各抗侧力构件（结构）共同工作\"为主线索，提出楼板设计的一些思路：楼板的平面布置要满足规则性要求；楼板的竖向布置要满足均匀性要求；楼板应有一定的配筋和尺度，以形成足够的强度和刚度；薄弱部位楼板，要增加板厚、加强配筋。 【关键词】高层建筑；楼板设计；结构设计方法 引言

统计显示：现浇钢筋混凝土结构中楼板的混凝土用量占整个楼盖混凝土用量的50%以上，楼板的钢筋用量约占整个楼盖钢筋用量的20%左右[1]，因此楼板设计的合理与否，直接影响到建筑物土建技术经济指标的高低。本文结合工程设计实践，分析楼板在建筑结构中的作用、受力特性，提出高层建筑结构中现浇钢筋混凝土楼板设计的一些思路，意在抛砖引玉。 1楼板的作用与受力特性

楼板和楼面梁一起组成楼盖，作为基本水平分体系，对于建筑结构尤其是需要抗震设防的高层建筑结构，其作用非常重要，其受力十分复杂。

1.1满足建筑物在竖向的围护、隔断、使用等功能性需要楼板是房屋建筑中一个不可缺少的组成部分，作为使用者主要的活动场所，担负着承重、分隔、隔音、隔振、防爆、防火、防热、防冻、防水、防辐射等众多功能。

1.2承受并传递竖向荷载作用楼板直接承受楼面（屋面）传来的竖向荷载作用（建筑和结构自重、使用活载、竖向地震作用等），并通过楼面梁（屋面梁）把它传给竖向分体系（柱、墙、支撑等）。

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2楼板的结构设计方法

楼板的结构设计方法基于实现楼板的众多功能目标，满足其受力和变形性能要求。通常在低层及多层建筑结构中，竖向荷载起控制作用，因此楼板的结构设计方法侧重于“计算设计”；但在高层及超高层建筑结构中，水平荷载起控制作用，因此楼板的结构设计方法在满足“计算设计”要求的前提下，更侧重于“概念设计”，以满足建筑物对“结构的侧移限值要求、整 体的抗倾覆要求、使用的舒适度要求”[2]。 2.1楼板的“计算设计”

高层建筑结构楼板的“计算设计”类似于多层建筑，由于建筑使用功能的不同，楼板平面布置总呈现出一定的不规则性，实际工程中的楼板布置常常是若干块单向板和若干块双向板的有机组合。由于钢筋和混凝土是两种性能完全不同的材料，二者组合后协同工作，材料的不均匀性和弹塑性性能在楼板的受力不同阶段反映明显，因此涉及楼板的“计算设计”则表现为荷载作用效应值的弹性算法与塑性算法共存[1]。

（1）弹性算法的简化假定与适用范围单向板只考虑楼板在一个方向的弯曲变形，双向板必须同时考虑楼板在两个方向的弯曲变形，但其简化计算假定相同： ①支座可以自由转动，但没有竖向位移； ②不考虑薄膜效应对内力的影响，采用弹性薄板理论计算内力。适用范围：任何形式的楼面板（屋面板）配筋计算。

（2）塑性算法的简化假定与适用范围《混凝土结构设计规范》[3]明确指出：对于连续单向板宜采用考虑塑性内力重分布的分析方法进行内力计算，对于连续双向板可采用塑性铰线法或条带法进行内力计算。 2.2楼板的“概念设计”

2.2.1楼板平面布置要满足规则性要求，尽量使结构的刚度中心与质量中心重合《高层建筑混凝土结构技术规程》明确指出：对抗震有利的建筑平面形状是简单规则的凸平面，如圆形、正多边形、椭圆形等；对抗风有利的建筑平面形状是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。当存在《建筑抗震设计规范》[5]所述的平面不规则结构，以及在楼板平面内有大洞、凹口、偏置削弱的部位、错层、甚至局部缺失等情形时，楼板平面内刚度将减弱，在凹角附近易产生应力集中，形成“平面薄弱部位”而破坏，因此有必要采取加强措施，提高楼板的整体抗扭能力。

2.2.2楼板竖向布置要满足均匀性要求，尽量使结构的刚度沿着高度方向连续变化《高层建筑混凝土结构技术规程》明确指出：对抗震有利的建筑立面应规则、均匀，从上到下外形不变或变化不大，没有过大的外挑和内收；对抗震有利的结构布置应连续、均匀，结构的侧向刚

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度和承载力上下相同，或下大上小，自下而上逐渐减小。当出现《建筑抗震设计规范》所述的竖向不规则结构形式时，建筑物沿着高度方向就存在刚度和承载力突变（变小）的楼层，易形成“竖向薄弱楼层”而破坏，因此有必要采取加强措施，提高楼板的整体抗剪能力。众所周知：一根毛竹如果无节，其刚性将大打折扣；如果局部破坏，将势如破竹。因此楼板的存在，对竖向构

件将起到很强的加劲作用，楼板平面内的水平刚度、竖向布置的间距等，将直接影响到抗侧力结构的高宽比、抗侧移刚度值和上下结构层的抗侧移刚度比。

（1）楼板应有足够的宽度，满足整体水平抗弯刚度需要。平面过于狭长的建筑，在风荷载作用下有可能出现楼板弯曲；在地震作用下，有可能由于地震地面运动的相位差而使结构两端的振动不一致，产生震害，还可能出现楼板平面内的高振型，这种变形在一般的受力分析中还无法计算。因此楼板应有足够的宽度，使它在受压时不屈服、在受拉时不开裂、在受剪时不断裂。《高层建筑混凝土结构技术规程》明确指出：对应不同的抗震设防烈度，建筑物必须有足够的宽度、满足平面长宽比要求，以保证楼板的整体水平抗弯刚度，满足“楼板在其平面内刚度无穷大、在平面外刚度忽略不计”的计算假定，从而简化抗震计算。

（2）楼板应有足够的厚度，满足竖向抗弯刚度需要。楼板直接受到竖向荷载作用，因此必须有足够的厚度，不但能够满足强度要求（抗弯承载力、抗剪承载力），对于跨度较大的板，还应满足刚度要求（跨中挠度限值要求、支座裂缝宽度和跨中裂缝宽度限值要求）；在垂直方向实现建

筑的隔音、隔振、防渗漏、防火、防辐射、装修等众多功能性要求，同时满足特殊情况下受荷的承载力需要（如人防、堆土、堆载、车载、检修等）和耐久性需要。需要注意的是：楼板也不能过厚、过重，因为过重的楼板将产生很大的地震作用，引起所在楼层结构质量的突变，因此7度及7度以上的抗震设防区，不宜采用厚板转换结构。 3结语

通常认为楼板仅仅是承担竖向荷载的结构，但在高层、超高层建筑中，特别是在抗震设防地区、强风压地区，楼板还承担着聚集、传递、分配水平荷载的重任，因此对楼板的设计要求也发生了质的变化：楼板的“计算设计”、“概念设计”和“构造措施”必须统一考虑，楼板的平面布置要满足规则性要求；楼板的竖向布置要满足均匀性要求；楼板应有一定的配筋和尺度，以形成足够的强度和刚度；薄弱部位楼板，要增加板厚、加强配筋。且以“楼板协调各抗侧力构件（结构）共同工作”的“概念设计”为主线索，展开楼板的“计算设计”和“构造措施”。 参考文献：