地下車庫無梁樓蓋設(shè)計(jì)方法

摘 要：本文結(jié)合工程實(shí)例，先介紹了地下車庫無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，然后對常用的3種計(jì)算方法進(jìn)行了對比分析，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果給出了在具體工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用各種方法應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：無梁樓蓋；經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法；等代框架法；有限元法

中圖分類號：TU92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）12-0024-01

1 地下車庫無梁樓蓋簡介

地下車庫無梁樓蓋是將等厚度平板直接支承在幾行中間柱上形成板柱體系，邊柱、邊梁、地下室外墻均可作為平板的支座。中間柱頂設(shè)置托板和斜柱帽形成剛域，作為平板的支座，邊柱和外墻可設(shè)置半柱帽，特殊部位可設(shè)置縱橫大梁，形成局部梁板體系。

地下車庫板柱無梁樓蓋合理的柱網(wǎng)為7.8～8.4m，在邊跨可適當(dāng)減小為5.4～8.1m。該結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點(diǎn)為：可減小地下室層高；車庫頂板平整美觀，利于敷設(shè)各種設(shè)備管線；施工模板簡單，可加快地下室的施工進(jìn)度；綜合的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)好。該結(jié)構(gòu)體系適用于非人防區(qū)和六級人防區(qū)，且車庫頂板覆土厚度宜在2m以下。若頂板設(shè)計(jì)荷載太大時(shí)，樓板較厚，樓蓋材料用量較多；樓蓋的抗彎剛度較小，柱子周邊的剪應(yīng)力集中，可能會引起板的沖切破壞。

2 柱網(wǎng)布置

地下車庫采用無梁樓蓋時(shí)，一般按如下規(guī)定布置柱網(wǎng)：無梁樓蓋的柱網(wǎng)通常布置成正方形或矩形，以正方形更為經(jīng)濟(jì)；無梁樓蓋每個(gè)方向不宜少于3跨，以保證有足夠的側(cè)向剛度；無梁樓蓋的樓板通常采用等厚平板，板厚由受彎、受沖切計(jì)算確定；無梁樓蓋在柱頭處設(shè)置柱帽，尺寸由板的沖切承載能力控制。柱帽擴(kuò)大了板在柱上的支撐面積，減少了板的計(jì)算跨度，也增加了房屋的剛度。

3 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析

現(xiàn)澆無梁樓蓋結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分析計(jì)算有如下三種方法[1]：

3.1 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法

它是實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上給出的兩個(gè)方向截面總彎矩的分配系數(shù)，再將截面總彎矩分配給柱上板帶和跨中板帶，并按分配的彎矩計(jì)算各自的配筋。該方法物理概念清楚，有極限平衡寓意。它符合一定條件得板系理論分析為依據(jù)，作了設(shè)計(jì)方法上的簡化，為了使各截面的計(jì)算彎矩值能適應(yīng)各種活荷載的不利布置，使用該方法時(shí)，應(yīng)滿足下列條件：樓蓋每方向至少應(yīng)有3個(gè)連續(xù)跨；同一方向上的最大與最小跨度比不應(yīng)大于1.2；區(qū)格應(yīng)為矩形，任一區(qū)格的長跨與短跨之比不應(yīng)大于1.5；活荷載為均布荷載，且不大于恒載的3倍。

3.2 等帶框架法

它是將無梁樓蓋沿縱橫柱列方向劃分為縱向和橫向的等代梁，與柱形成等代框架。等代梁的高度取板厚；在垂直荷載作用下，等代梁的寬度取板跨中心線之間的距離；在水平荷載作用下，等代梁的寬度取等于板跨中心線距離的一半。這是因?yàn)樵谪Q向荷載作用下，主要靠板帶的彎矩把荷載及變形傳給柱，使兩者形成等代框架；而在水平荷載作用下，主要是由柱把水平荷載傳給板帶，柱的抗彎剛度比板帶小，所以板帶的寬度取得小[2]。

3.3 有限元法

將無梁樓蓋劃分為若干細(xì)小單元，用板殼單元的有限元程序進(jìn)行求解。基于有限元分析結(jié)果的混凝土板帶截面設(shè)計(jì)方法，并在PKPM程序SlabCAD，其基本原理是：將樓板劃分為若干板帶，并在板帶上設(shè)置若干剖面，利用有限元分析結(jié)果積分計(jì)算剖面總內(nèi)力，形成設(shè)計(jì)截面，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行樓板正截面應(yīng)力驗(yàn)算和受彎承載力配筋設(shè)計(jì)。

現(xiàn)結(jié)合大連市某工程的設(shè)計(jì)實(shí)例介紹一下各種計(jì)算方法。該工程地下車庫平面為矩形，長210m，寬100m，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)尺寸為8.1m×8.1m。外墻為鋼筋混凝土擋土墻，頂板為無梁樓蓋，板厚350mm，頂板覆土厚度為1.2m。柱帽托板厚200mm，托板寬2.8m×2.8m，45°斜柱帽高400mm。混凝土強(qiáng)度等級為C35，鋼筋為HRB400級。在頂板消防車道部位，板厚和柱帽尺寸均適當(dāng)加大，本文僅介紹非消防車道處無梁樓蓋的計(jì)算結(jié)果。在豎向荷載作用下，分別采用上述3種方法計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比見表1。

4 計(jì)算結(jié)果分析

從以上結(jié)果可以看出：

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法與等代框架法計(jì)算結(jié)果相比較，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算出的柱上板帶支座負(fù)彎和跨中板帶支座負(fù)彎矩均略大于等代框架法的計(jì)算結(jié)果，而柱上板帶和跨中板帶的跨中正彎矩均略小于等代框架法的計(jì)算結(jié)果，兩者相差不大。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法與有限元計(jì)算結(jié)果比較，柱上板帶的支座負(fù)彎矩約為有限元法計(jì)算結(jié)果的1.1倍，跨中板帶的支座負(fù)彎矩約為有限元法的0.95倍。柱上板帶的跨中正彎矩約為有限元法計(jì)算結(jié)果的0.96倍，跨中板帶的跨中正彎矩約為有限元法的0.92倍。等代框架法與有限元法的計(jì)算結(jié)果相比，也類似于上述結(jié)果，在此就不再介紹了。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法計(jì)算出的跨中正彎矩均小于有限元法的計(jì)算結(jié)果，柱上板帶的負(fù)彎矩大于有限元法的結(jié)果，跨中板帶的支座負(fù)彎矩小于有限元法的結(jié)果，主要原因是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法不能充分考慮不同截面的端柱和邊梁的作用[2]。

5 結(jié)語

隨著計(jì)算技術(shù)和有限元法的發(fā)展，使用電算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算已成為發(fā)展趨勢。用軟件有限元法計(jì)算時(shí)，可不受結(jié)構(gòu)布置規(guī)則性的限制，并且具有分析精度高，適用范圍廣等特點(diǎn)。根據(jù)本文對三種不同計(jì)算方法的對比分析，在進(jìn)行地下車庫頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對于較規(guī)則的柱網(wǎng)布置范圍內(nèi)，三種計(jì)算方法均適用，而對于不太規(guī)則的部位及端跨計(jì)算時(shí)，應(yīng)綜合考慮多種計(jì)算方法的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1] 于振洲，金光豪.地下車庫無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)措施[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2] 曲俊義，王進(jìn)東.鋼筋混凝土無梁樓蓋在地下車庫中的應(yīng)用[J].特種結(jié)構(gòu)，2005（02）.