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大型混凝土设备平台无梁化设计与分析 　　［摘要］ 介绍了瀚阳（广州）钢铁有限公司CRM轧机设备基础一侧顶板在设计过程中所遇到的主要设计问题，并通过几种设计方式的分析，诠释了在进行这类结构的设计过程中要注意的问题。 　　［关键词］ 梁板式 经验系数法 无梁楼盖 等代框架 有限元 　　一、工程概况 　　本平台结构是瀚阳（广州）钢铁有限公司CRM轧机设备基础的一部分，位于该设备基础的右上角，上方是用于给该CRM设备供电的D轴电气室，下方是一个消防通道，该平台上是用于放置轧机的过滤系统的。该平台的厚度为600mm，砼的强度等级为C30，钢筋采用HRB335，每个桩顶上均设置有1500x1500x400的矩形桩帽,具体见下图： 　　 　　 　　由于在设计该平台板时，即要让开D轴电气室的承台、承台上的短柱及桩位，还要考虑设备基础的侧壁位置，让开地下室挑出的底板，平台上的过滤系统设备的荷载也从7KN/m2~25KN/m2不尽相同，平台板上还要预留螺栓孔及预埋件，因此整个平台有如下特点： 　　1. 桩位不规则； 　　2. 平面尺寸不规则； 　　3. 荷载分布不规则； 　　4. 平台板的厚度较厚； 　　一结构分析方法的选取 　　 对于平台板的结构体系，一般分为两种： 　　A. 梁板结构体系； 　　B. 板柱结构体系。 　　首先，我们对该平台采用梁板结构体系进行试算，在该体系中，荷载的传递是由板至梁再到柱子（或桩），并通过柱子（或桩）传到下面的基础。 　　我们取其中一个桩顶在弹性理论计算出来的内力值，取1000mm宽的板带，该处的截面为T形截面，内力：Mk=472KN.m，Mq=378KN.m，As=3272mm2，As’=2094mm2，L0=5000mm。 　　我们来看看在其它条件不变的情况下，砼板厚hf’的变化对混凝土的弹性刚度Bc及短期刚度Bs的影响： 　　 　　 　　根据公式：Bc ＝ Ec * I 　　可知，混凝土的弹性刚度Bc与混凝土的弹性模量Ec及截面的惯性矩I有关，并且与惯性矩I是成正比关系。 　　根据《混凝土设计规范》(7)公式8.2.3－1 　　 　　 　　从上面的图表，我们可以看出不同的混凝土板厚hf’对截面的弹性刚度Bc的影响非常明显，而对混凝土截面的短期刚度Bs的影响就不显著。也就是说砼板厚的增加并不能有效的改善混凝土梁构件的变形及内力。 　　而对于工业设备平台来说，由于板上要有预埋件，还要有螺栓预留孔，大载荷且分布不均，平台板的厚度要做的足够厚才能满足要求。因此对于此类型的结构而言，采用梁板式的结构形式就不能达到经济、合理的目的。 　　然后，我们再对这类的平台采用板柱结构体系进行设计。板柱结构体系又称为无梁化结构设计体系。该体系又有按弹性理论和塑性铰线法两种计算模式。一般我们在设计过程中均采用的是弹性理论计算模式。 　　弹性理论计算模式中主要有经验系数法、等效框架法、精确计算法。下面我们就此类结构形式分别采用对这三种方法进行论证： 　　a. 经验系数法 　　此方法又称总弯矩法或直接设计法。该方法先计算两个方向的截面总弯矩，再将截面总弯矩分配给同一方向的柱上板带和跨中板带。 　　在《混凝土结构》(1)中提到：为了使各截面的弯矩设计值适应各种活荷载的不利布置，在应用该法时，要求无梁结构体系的布置必须满足下面的条件： 　　(1) 每个方向至少应有三个连续跨； 　　(2) 同方向相邻跨度的差值不超过较长跨度的1.3倍； 　　(3) 任一区格的长边不短边之比≤2； 　　(4) 可变荷载与永久荷载之比≤3； 　　(5) 只考虑全部均布荷载，不考虑活荷载的不利布置； 　　而对于我们要设计的大型设备平台板结构来说，以上的五条均会有或多或少的不满足，设计的局限性比较大。 　　因此，对于此类结构，经验系数法是不太适合采用的。 　　b. 等效框架法 　　等效框架法是把整个结构体系分别沿纵、横柱列两个方向划分，并将其视为纵向等效框架和横向等效框架。其中等效框架梁就是各层的无梁楼板。 　　等效框架梁的厚度为板的厚度，宽度为板跨中心线间的距离，两个方向的跨度分别为(lx -c)和(ly -c)，其中C为柱或柱帽的宽度。 　　等效柱的计算高度可以取层高减去柱帽的高度，底层的计算高度可以取层基础面到楼板底面的高度减去柱帽的高度。 　　无梁结构体系的整体三维分析可通过PKPM软件中的TAT软件或SATWE软件进行。但是，这两个软件对无梁楼盖在三维计算中的建模处理是不一样的。 　　在TAT软件中，由于没有梁和柱子相连，一般我们必须按照规范中的规定将板简化为双向等代框架梁进行计算。因此，在用P MCAD对无梁楼盖进行人机交互式建模时，首先应确定等效框架梁的宽、高，