问题描述:
某简支单向板,板厚250mm,保护层厚度25mm。混凝土强度等级C30,钢筋采用HRB400。建模及加载如图1所示。板右端为滑动支座,左端为铰接支座。滑动端施加了一定的轴力,并在板上施加了一定的均布面荷载。如图2和图3所示,手算配筋面积为7.608mm2,SAP2000混凝土壳配筋结果为2.038mm2,两者差异较大,是为什么?

图1 某单向板

图2 手算结果
图3 SAP2000混凝土壳配筋结果
解答:
混凝土壳配筋基于三明治模型进行,计算时假定钢筋屈服,钢筋应力fyd始终取屈服强度。更详细的计算原理可参考技术通讯文章“SAP2000/ETABS多规范混凝土壳配筋设计及算例分析”。
该算法可以综合考虑面内轴力、剪力、弯矩、扭矩及面外弯矩等复杂受力状态下的配筋计算。但由于其假定钢筋始终处于屈服状态,小偏压时混凝土壳配筋结果可能偏不安全。本例中,混凝土壳配筋取钢筋屈服应力为348MPa,手算则基于平截面假定,根据钢筋实际应力(93.632MPa)进行计算,该值远小于屈服强度。因此,在相近的设计内力下,手算得到的配筋面积大于壳配筋结果。
针对此类情况,建议用户使用混凝土壳配筋结果时,先查看“Thickness层厚度”结果(即混凝土受压区高度,见图4),与相对界限受压区高度xb对比,判断构件是否处于小偏压状态。若为小偏压构件,应基于平截面假定计算钢筋的实际应力δs,再根据图4中的“Nd11 Force配筋内力”校核配筋面积,即,配筋面积 = Nd11 Force / δs。

图4 SAP2000混凝土壳配筋细节