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第9章 钢筋混凝土肋形结构及刚架结构（第1页）

　　钢筋混凝土肋形结构及刚架结构是水工结构中应用较为广泛的结构形式。图9-1为一水电站厂房结构示意图，其楼（屋）盖采用整体式钢筋混凝土肋形结构，包括楼（屋）面板、次梁（纵梁）、主梁（屋面大梁）等，而竖向承重结构则由带牛腿的刚架柱等构件组成。作用在屋面上的荷载，经由屋面板传给纵梁和屋面大梁，再传给柱，最后由柱传给厂房的下部结构或基础。

　　图9-1水电站厂房示意图

　　1—屋面构造层；2—屋面板；3—纵梁；4—屋面大梁；5—吊车；6—吊车梁；7—牛腿；8—柱；9—楼板；10—楼面纵梁

　　严格说来，上述水电站厂房结构为一空间受力结构，但当采用手算方法设计时，一般可将空间结构分解简化为平面结构进行内力计算。例如，水电站厂房的上部结构，可以分别简化为由梁与板组成的肋形结构和由屋面大梁与柱组成的刚架结构分别进行计算。

　　所谓肋形结构，就是由板和支承板的梁所组成的板梁结构。图9-2是常见的整体式肋形结构楼面，它由板、次梁和主梁所组成。

　　图9-2整体式楼面结构

　　1—板；2—次梁；3—主梁；4—柱；5—墩墙

　　在水工结构中，除水电站厂房中的屋面和楼面外，隧洞进水口的工作平台、闸坝上的工作桥和交通桥、扶壁式挡土墙、板梁式渡槽的槽身、码头的上部结构等，也可都做成肋形结构形式。

　　刚架是由横梁和立柱刚性连接（刚节点）所组成的承重结构，在水工结构中应用也比较广泛，如水电站厂房刚架［图9-3（a）］、支承渡槽槽身的刚架［图9-3（b）］和支承工作桥桥面的刚架［图9-3（c）］等。当刚架高度h在5m以下时，一般采用单层刚架，在5m以上时，则宜采用双层刚架或多层刚架。根据使用要求，刚架结构也可设计为单层多跨的，或多层多跨的。刚架结构通常也叫框架结构。

　　图9-3刚架结构实例

　　1—横梁；2—柱；3—基础；4—闸墩

　　对于肋形结构，由于梁格布置方案的不同，板上荷载传给支承梁的途径不一样，板的受力情况也就不同。四边支承矩形板两个方向跨度之比对荷载传递的影响很大。假定图9-4为一四边简支的矩形板，板在两个方向的跨度分别为l1和l2，板上作用有均布荷载p，若设想从板的中部沿长跨、短跨方向取出两个相互垂直的单位宽度的板带，那么板上的荷载就由这些交叉的板带沿互相垂直的两个方向传给支承梁。将荷载p分为p1及p2。p1由l1方向的板带承担，p2由l2方向的板带承担。若不计相邻板带对它们的影响，上述两个板带的受力如同简支梁，由两个板带中点挠度相等的条件可得p2p1=（l1l2）4。当板的长边与短边的跨度比l2l1>2时，沿长跨方向传递的荷载仅为全部荷载的6%以下，为简化计算，可不考虑沿长跨方向传递荷载。但当l2l1≤2时，计算时就应考虑板上荷载沿两个方向的传递。因此，根据梁格布置情况的不同，整体式肋形结构可分为单向板肋形结构及双向板肋形结构两种类型。

　　图9-4受均布荷载作用的四边支承矩形板

　　1。单向板肋形结构

　　当梁格布置使板的长、短跨之比l2l1≥3时，则板上荷载绝大部分沿短跨l1方向传到次梁上，因此，可仅考虑板在短跨方向受力，故称为单向板。

　　2。双向板肋形结构

　　当梁格布置使板的长、短跨之比l2l1≤2时，则板上荷载将沿两个方向传到四边的支承梁上，计算时应考虑两个方向受力，故这种板称为双向板。

　　当2l2l1

　　钢筋混凝土肋形结构的设计步骤是：结构的梁格布置；板和梁的计算简图确定；板和梁的内力计算；截面设计；配筋图绘制。

　　9。1单向板肋形结构的结构布置和计算简图

　　9。1。1梁格布置

　　在肋形结构中，应根据建筑物的平面尺寸、柱网布置、洞口位置以及荷载大小等因素进行梁格布置。

　　在民用与工业建筑中，单向板肋形楼盖结构平面布置方案通常有以下三种：

　　（1）主梁横向布置，次梁纵向布置，如图9-5（a）所示。它的优点是主梁和柱可形成横向框架，横向抗侧移刚度大，各榀横向框架间由纵向次梁相连，房屋的整体性较好。此外，由于外纵墙处仅设次梁，故窗户高度可开得大一些，对采光有利。

　　（2）主梁纵向布置，次梁横向布置，如图9-5（b）所示。这种布置适用于横向柱距比纵向柱距大得多或房屋有集中通风要求的情况。它的优点是增加了室内净空，但房屋的横向刚度较差，而且常由于次梁支承在窗过梁上而限制窗洞的高度。

　　（3）只布置次梁，不设主梁，如图9-5（c）所示。它适用于有中间走道的砌体承重的混合结构房屋。

　　图9-5民用与工业建筑单向板肋形楼盖的梁格布置

　　在水电站厂房中，梁格布置时首先要使柱子的间距满足机组布置的要求，楼板上还要留出许多大小不一、形状不同的孔洞，以安装机电设备及管道线路。为了满足这些要求，梁格布置就比较不规则，不同于一般民用与工业建筑的梁格布置。图9-6为某水电站主副厂房楼面梁格布置图。

　　图9-6某水电站主副厂房楼面梁格布置

　　在肋形结构中，板的面积较大，其混凝土用量约占整个结构混凝土用量的50%～70%，所以一般情况是板较薄时，材料较省，造价也较低。梁格布置时应尽量避免集中荷载直接作用在板上，如图9-6所示，在机器支座与隔墙的下面都设置了梁，使集中荷载直接作用在梁上。当板上没有孔洞并承受均布荷载时，板和梁宜尽量布置成等跨度或接近等跨，这样材料用量较省，造价较经济，设计计算和配筋构造也较简便。对于水电站厂房，为了满足使用要求，梁和板往往不得不布置成不等跨。

　　梁格尺寸确定要综合考虑材料用量与施工难易之间的平衡。如果梁布置得比较稀，施工时可省模板和省工，但板的跨度加大，板厚也随之增加，这就要多用混凝土，结构自重也相应增大。如果梁布置得比较密，可使板的跨度减小，板厚减薄，结构自重减轻，但施工时要费模板和费工。