住宅建筑预制叠合楼板标准化设计研究

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实现住宅建筑预制叠合楼板标准化设计的基本方法是编制易于设计使用的住宅建筑预制叠合板标准设计图集。然而,现行的预制叠合楼板标准设计图集均是以单块预制叠合板为基本单元编制,在楼板设计时需要设计师从图集中选择标准叠合板单元自行组合、匹配实际的建筑房间。由于实际的建筑房间形状各异,大小不一,而标准设计图集中预制叠合板的标准规格有限,用图集中的叠合板单元去组合、匹配建筑房间相当繁琐,这就给楼板设计带来不便,以致设计师不愿采用现行的预制叠合楼板标准设计图集进行楼板设计。因此,叠合楼板标准化设计尚未能实现。本文对住宅建筑预制叠合楼板标准化设计展开研究,以解决预制叠合楼板标准化设计的关键问题,主要研究内容及结论如下:(1)本文提出了一种基于标准房间单元的住宅建筑预制叠合楼板标准化设计方法,改变了目前以单块叠合板为基本单元的标准化设计思路,引入了模块化设计理论,将一个房间内的叠合板组合作为一个整体设计模块,通过对房间进行标准化设计,从而控制其所对应的叠合板实现标准化设计。选取房间为基本单元的优势在于,其兼具了设计使用时的便捷性和建筑户型组装的灵活性,而不会因为基本单元过小(单块叠合板为基本单元)增加设计工作量或基本单元过大(一栋建筑为基本单元)失去灵活组装户型的优势。(2)为构建合理的标准房间单元库,保证图集的标准房间单元在实际工程中具有最广泛的适用性,本文收集了500户住宅建筑户型样本,获取了1742间房间(包括客厅、卧室、餐厅和书房)的尺寸统计数据,按照3M的模数归并所有统计样本房间的尺寸,并统计出各种尺寸房间在住宅建筑中的出现概率。通过对比分析并结合叠合楼板在实际工程中的应用经验,最终确定了35个房间作为设计图集的标准房间单元。(3)为解决实际工程中楼板边界支撑情况不同导致楼板种类繁多的事实与标准设计图集要求楼板种类简单便于选用的需求之间的矛盾,本文提出了一种预制叠合楼板设计归并方法。在标准房间单元(包括客厅、卧室、餐厅和书房)的活荷载相同的归并前提下,基于单区格双向板的线弹性简化分析方法确定了叠合楼板在不同方向上的中间板带设计弯矩(跨中弯矩和支座弯矩)达到最大值时对应的约束条件,分别是:四边简支(短边方向跨中弯矩最大)、三边简支长边固定(短边方向支座弯矩最大)以及三边简支短边固定(长边方向支座弯矩最大)。由于线弹性简化分析方法假定板边支座为简支边或固定边,并未考虑板边的梁、墙或相邻板块的约束作用对楼板内力的影响。因此,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟分析,建立包含梁、墙支座以及相邻板块的楼板实体模型,计算不同支座约束条件下楼板内力的变化规律。结合实际工程以及相关规范,分别对边长比(短边边长/长边边长)为0.6、0.8和1.0的楼板在梁高度取1/15、1/12和1/10梁跨的情况进行精细化建模分析。通过对有限元分析方法和线弹性简化分析方法的计算结果进行对比,优化了楼板内力,最终综合确定了叠合楼板实际配筋,进而归并了叠合楼板的板底配筋和板面配筋。另外,参考相关规范并结合实际施工经验,叠合楼板支座负筋长度按照构造规定的0l4取整,对于单跨一块楼板的支座负筋,0l取叠合楼板短边方向计算跨度;对于横跨两块楼板的支座负筋,0l均取负筋横跨的两块叠合楼板短边方向计算跨度的较大值。(4)基于本文提出的住宅建筑预制叠合楼板标准化设计方法,完成了江苏省标准设计图集《预制装配式混凝土住宅标准化叠合楼板图集》的编制。图集第一部分给出了不同尺寸的标准房间以及各标准房间的楼板拆分方案;图集的第二部分给出了各标准预制叠合板的深化设计详图以及叠合板在住宅建筑中的出现概率。与传统的标准设计图集相比,对设计而言,本图集不需要自行选择叠合板再组合、匹配房间,只要根据建筑户型选择标准房间即可,标准房间楼板的拆分设计和预制叠合板的深化设计已在标准图集内完成,极大的简化了楼板设计工作;对生产而言,本图集给出了住宅建筑中常用规格的标准预制叠合板深化设计详图以及出现概率,有利于工厂大批量、低成本生产,同时可优先生产出现概率较高的预制叠合板进行库存、调峰,利于产能均匀释放。本论文有图56幅,表12个,参考文献77篇。
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