摘要：加腋大板是一種受力合理，經濟節約的大跨度樓板，特別是在荷載較大的地下室結構方案優選中，它是一種較好的選擇。但加腋大板的計算較復雜，一般情況下需采用 Etabs等高級軟件，而本文則向讀者詳細介紹加腋大板的兩種簡化計算方法。
關鍵詞：加腋大板;變截面樓板;大跨度樓板;SLABCAD;STRAT
Abstract: haunched big board is a kind of stress is reasonable, economical and save the large span floor, especially in the basement of the big load structure scheme optimization, it is a good choice. But the big board haunched calculation is more complex, usually must be adopted such as Etabs senior software, and this paper is to introduce readers detailed haunched big board of two kinds of simplified calculation method.
Keywords: haunched big board; Variable cross-section floor; Big span floor; SLABCAD; STRAT
中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：
【引言】
在常規的地下室建筑中，普遍采用十字梁或井字梁的結構布置來滿足建筑和設備專業的大空間和大柱距的要求，但這樣做不僅影響建筑的局部凈高，還使常規結構復雜化。為此本文介紹一種新的受力合理、經濟節約、簡潔明了的大跨度樓板結構—變截面加腋樓板(簡稱加腋大板)
【工程概況】
工程案例： 廣州某大型居住小區的地下室頂板。該地下室柱網采用8.4m X 8.4m。在頂板的某個柱網格子內存在以下情況：該處下面是設備房，設備房由于凈高的要求不允許其上的樓板加次梁，而此樓板上的荷載為覆土荷載(覆土高度是按種植土要求的1.5米)和消防車荷載。此時需要結構設計一塊8m X 8m的大跨度樓板。此大板如采用加腋大板，其構造如下圖所示。
加腋大板的不同在于，樓板支座附近的樓板厚度加厚了。從力學理論分析可知，加厚支座附近的樓板之后，將會使樓板支座附近的負彎矩增大，同時減少了樓板跨中的正彎矩，即這種樓板厚度的改變使得整個樓板的彎矩圖向上抬高，這意味著構件內力的分布更加均勻。所以加腋大板可以具有更大的跨度和更高的承載力。
對于這種加腋大板，筆者提出兩種經濟可行，簡單可靠的不依賴Etabs等高級軟件的加腋大板簡化計算方法并詳細講述：
第一種方法：我們可以巧妙的利用pkpm中的slabcad模塊來簡化計算這種加腋大板。具體操作如下：
i)先在pmcad中建立8mX8m網格的單層框架結構，該框架結構的梁柱截面任意輸入;ii)在此8mX8m網格內，網格四邊各用兩道虛梁再細分幾個小網格。兩道虛梁的位置應對應于樓板加腋邊緣及加腋中部;iii)在此加腋大板的各個細分網格內輸入對應的樓板厚度，其中跨中板厚按種植土相關規范的要求取250mm，而在加腋區的細分網格的板厚可近似輸入對應的加腋板板邊的厚度;以上操作示意圖如下。這樣就通過虛梁的劃分，在pmcad中的一個8mX8m網格內實現了變厚度樓板的輸入。
PMCAD輸入示意：
然后輸入荷載及材料等級：其中附加恒載27kpa(考慮1.5m高覆土荷載)及活載18kpa(消防車荷載，并考慮覆土的折減系數，見文獻[1]附錄C);砼等級按混凝土耐久性設計規范取C35;鋼筋采用三級鋼。至此完成pmcad的輸入，保存退出。
接著進入slabcad模塊中的樓板數據生成子模塊分析這塊加腋大板，步驟如下：i)先輸入計算參數：板單元長度取500，為計算的準確，此數值最好小于樓板的加腋長度的一半;ii)用菜單“樓板修改”中“樓板厚度”子菜單檢查各細分網格的板厚是否正確;iii)用菜單“約束輸入”輸入樓板邊界約束，本工程為四邊嵌固;iv)用菜單“生成數據”進行單元劃分及生成數據，如上右圖所示。
接著進入樓板分析子模塊進行計算，計算完畢后，再進入分析結果輸出子模塊查看結果圖，匯總如下：
樓板計算配筋：支座面筋1957mm2，跨中底筋821mm2 ;
樓板最大變形：3.06mm;樓板最大裂縫：0.18mm。結果均滿足規范要求。
故實配鋼筋為：支座處為D12@150(通長)+ D16@150(附加)，跨中處為D14@150，
說明：由于slabcad不能顯示裂縫值，故我們需從slabcad的結果圖中查找恒載和活載對應的內力標準值，再自行用morgain或理正等結構軟件計算裂縫。此時還要注意，新版的砼規范(2010版)對裂縫計算公式做了更改，主要的更改就是裂縫計算不再使用標準值，而是使用準永久值(本工程準永久值取：1.0恒+ 0.6活)。
第二種方法：我們可以使用經濟可靠的國產通用有限元分析軟件STRAT計算。STRAT是由上海交通大學的謝靖中博士開發的有限元分析軟件。這款軟件除了有正式版發售外，還提供了免費版(500節點限制)給用戶下載。
下面，我們就用STRAT的免費版V5.2版計算這塊加腋大板。由于STRAT具有CAD導入功能，故我們可以先在CAD中畫好有限元分析所需的網格圖，如下圖所示 (網格長度控制在0.5米左右)。然后將此圖另存為DXF文件。
接著打開STRAT進入圖形前處理模塊Prep，用文件菜單中的接口輸入導入此DXF文件。繼續執行以下步驟：i)用“工具”菜單中的“交點分圖”命令形成有限元的節點;ii)用“工具”菜單中的“網格成圖”命令框選網格并輸入對應厚度的樓板單元;iii)用“屬性”菜單中的“節點約束”命令輸入樓板邊界約束;iv)用面單元加載命令輸入荷載，附加恒載27kpa，活載18kpa;這樣就完成了有限元計算數據的輸入。如下圖所示：
Strat中的截面圖：
接著設置計算參數，在“荷載”菜單中的總體參數設置中，去掉動力反應譜及風荷載的勾選，因為加腋大板無需計算地震及風等水平力，之后再去“文件”菜單中生成STRAT計算文件。至此完成前處理Prep的輸入。然后進入第二個子模塊Strat完成計算。
再進入第三個子模塊Plots(通用后處理)，此時我們還需執行以下步驟完成配筋計算：
i)在“計算”菜單中單擊荷載組合，設置活載準永久系數為0.6，并添加規范荷載組合;
ii) 在“計算”菜單中單擊板單元配筋，設置板鋼筋為三級鋼，點擊確定計算;
最后用“顯示”菜單中的“顯示板配筋圖”及“顯示變形”命令查看結果圖，匯總如下：
樓板計算配筋：支座處為1900mm2，跨中處為800mm2 。
樓板最大變形為 3.10mm，樓板最大裂縫為0.18mm。結果均滿足規范要求。
此結果與第一種方法相比較，兩者相差無幾(<3%)，這也說明國產通用有限元軟件Strat的計算是可靠的。如需更準確的計算，可以直接使用此軟件提供的變厚度板單元。
兩種方法的總結：這兩種計算方法的結果相差無幾，但在具體操作上各有利弊，一個是采用我們熟悉的pkpm軟件，另一個則可以利用方便的cad導入功能。這兩種方法都是近似計算，因為它們都忽略了加腋大板的起拱效應，并未將加腋大板看作是雙向拱的拱殼空間結構來計算。但是它們都已能滿足工程需要。
【總結】
總結加腋大板的設計計算，需要注意以下幾點：
1)加腋高度一般可取板厚的1.5~2倍，加腋的斜率一般可取1:4~1:8。
2)樓板加腋處主要承受負彎矩，其底部的砼為板的受壓區，故樓板加腋處的板底斜筋可比跨中底筋少一個鋼筋等級，但板底筋間距相同。
3)加腋樓板的附加面筋伸入板內的長度一般可取1/4 板跨，但要注意驗算此1/4 板跨負筋及相鄰通長負筋能否完全包絡住負彎矩。因為力學分析表明，加腋樓板的彎矩圖一般會比普通樓板的彎矩圖有所抬高。
除了設計計算外，我們還需關注加腋大板的經濟技術性能。關于這點，筆者引用文獻[5]的資料，廣州某房地產公司對某個地下室結構所做的大跨度樓板的三種結構方案比較，結果如下表所示：
從上表中看出，加腋樓板的每平方米砼用量稍微多出其它方案，但鋼筋用量卻比其它方案節省20%左右。綜合造價加腋樓板節省10%左右。
綜上所述，加腋大板是一種受力合理，經濟節約的結構形式，它特別適用于荷載較重、柱距較大的地下室結構中。過去加腋大板的計算普遍依賴Etabs等高級結構軟件，而本文則提供了新的計算替代方法。希望它有助于加腋大板這種結構形式的推廣。
參考文獻：
[1] 新版《建筑結構荷載規范》 (征求意見稿)
[2]《混凝土結構設計規范》 GB50010-2010
[3]《SLABCAD用戶手冊》
[4]《通用有限元軟件STRAT使用手冊》
[5] 淺析加腋大板在地下室結構工程中的應用—樊計清，民營科技，2009年第6期
