地下车库顶板应力实测

摘 要：地下车库顶板设计通常采用弹性算法、塑性算法和有限元算法。这三种算法在板跨中及板边得出的配筋结果差异很大，通常可达到60%以上，而实际工程中基本不会出现顶板钢筋应力不足的问题，因此，文章主要研究不同算法对顶板钢筋应力的影响以及顶板钢筋的实际应力状态。

关键词：弹性算法；塑性算法；有限元算法；配筋差异；应力状态

目前结构设计地下车库顶板时，通常有三种方法――弹性算法、塑性算法和有限元算法。手册算法是指按《建筑结构静力计算手册》中板的弹性薄板算法；塑性计算方法是按照《建筑结构静力计算手册》中板的极限平衡法计算四边支承板；有限元方法是程序将把板块拆分成若干小块进行有限元计算。这三种算法得出的配筋结果差异很大，特别是对于地下车库跨度比较大的板，差异甚至可达到60%以上，因此，我们需要了解地下车库顶板的真实受力状态，完善目前的计算方法，使今后的设计更加合理。

1 顶板计算方法分析

1.1 顶板计算理论

有限元法是将求解的结构或构件分解成通过节点相互连接的若干个细小单元，利用单元间的相互关系得出近似解。其基本方程仍旧与弹性算法或塑性算法一致[1]。

弹性算法和塑性算法的区别在于对结构变形状态的限制：弹性算法允许结构出现弹性变形，即结构在外力作用下产生的可以恢复的变形或尺寸变化；塑性算法允许出现塑性变形，即结构在外力作用下产生的不可恢复的变形或尺寸变化[2]。

弹性算法和塑性算法包括以下五种计算理论：

（1）线弹性分析方法：结构某一截面达到承载力极限状态，结构即达到承载力极限状态。

（2）塑性内力重分布方法：我国规范和软件中，单向板、梁等都是此种方法。这种方法其实只是在线弹性分析结果上的一种内力调整。结构承载力的可靠度低于按弹性理论设计的结构，结构的变形及塑性绞处的混凝土裂缝宽度随弯矩调整幅度增加而增大。

（3）塑性极限方法：结构出现塑性绞后，结构形成几何可变体系，结构即达到承载力极限状态。

（4）非线性分析方法：分为材料非线性，几何非线性，状态非线性。非线性结构在某一薄弱处达到承载力极限状态，结构即达到承载力极限状态。一般在罕遇地震，p-delta，push等分析中采用。

（5）试验分析方法：对复杂结构进行模型试验分析。

1.2 顶板三种算法结果比较

文章采用有限元软件PKPM中板结构设计计算模块进行弹性算法、塑性算法和有限元算法的分析比对。地下室柱跨通常在8.1m左右，对8.1×8.1m跨度板进行三种算法的分析，计算考虑板四边固接，角柱铰接，板厚250mm，荷载44.25kN/m2（板厚*重度+覆土厚度*覆土重度+消防车荷载=0.25*25+1*18+20=44.25），各算法弯矩配筋结果显示：三种算法在板中弯矩及配筋结果相差不大，弹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%。在板边弯矩及配筋结果相差较大，弹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%。根据对比结果可知，弹性法和有限元法计算弯矩配筋较为接近，但与塑性法结果相差较大，配筋量差值可达到56.1%，接近60%。因此，在地下车库厚板配筋中，由于各种假定条件的存在，计算配筋可能存在很大富余量。文章将对某地下车库顶板和基础钢筋进行应力实测，根据实测结果分析钢筋在结构中的作用情况。

2 实例分析

2.1 工程概况

上海天华建筑设计有限公司设计的楔形外高桥A5-1地块，位于上海浦东，北靠东高路，东临兰谷路。本项目为三类居住用地，大底盘多塔楼结构，一层地下室，上部由11栋11层塔楼，两座变电站和一个垃圾收集站组成，整个大底盘长宽约为200×200m，总用地面积42237.3m2。采用桩筏基础，地下室平均层高4m，顶板厚度250mm，上部承受覆土行车等荷载作用。

2.2 钢筋应力实测

本试验采用常州金土木工程仪器有限公司生产的JTM-V1000型振弦式钢筋测力计，通过仪器读取测力计内部弦丝的频率推算出钢筋应力[3]。钢筋计测点布置如图1：X方向三跨8.1m，Y方向1跨

6.2m。

2.3 实测结果对比

顶板2014年9月15号开始浇筑混凝土，自浇筑开始每隔三天测量一次，测量四次之后改为每隔一周测量一次[4]，直到2015年1月17号顶板覆土绿化完工。1-a/b/c为1组，布置于板底跨中X方向，2-a/b/c为2组，布置于板底跨中Y方向，顶板配筋双层双向16@200钢筋，实测结果显示：顶板底部跨中钢筋应力值采用不同的算法差值在40MPa以内，相比塑性算法计算的最低120MPa高出三分之一。但无论是X方向还是Y方向，实测值都远远小于计算值，实测值钢筋应力不到50MPa，远没有达到设计值360MPa。因此，就顶板钢筋的应力来说，钢筋存在的浪费，钢筋强度没有得到发挥。

顶板在选择配筋的过程中，会考虑到强度问题以及板的裂缝问题，设计中应尽量在满足裂缝要求的前提下尽可能发挥钢筋的强度。可以通过采用较小直径的钢筋或添加剂等办法解决裂缝问题，减少钢筋用量。

3 结束语

（1）从模拟结果可以得出，三种计算方法对板跨中和板边的影响不一致，三种算法计算的板跨中弯矩配筋差别很小，但是在板边的差别可以达到近60%，在设计过程中应合理分析并选择计算方法。

（2）就钢筋的应力而言，实测顶板钢筋应力仅达到设计强度的14%不到，钢筋强度冗余过大。

参考文献

[1]熊海明，覃龙寿.钢筋混凝土厚板的有限元计算[J].广西城镇建设，2011（1）：79-82.

[2]聂卫东.水泥工业中厚板的设计计算方法分析[J].山西建筑，2014，40（31）：63-64.

[3]李锋.钢筋应力计在桩身轴力测试中的计算方法[J].浙江水利水电学院学报，2015，27（2）：62-65.

[4]朱俊民，费春艳，沈陶.地下室温度应力有限元计算与实际应力检测对比分析[J].四川建筑科学研究，2015，41（5）：142-146.