地下車庫中無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中若干問題的探討

陳向東

(中聯(lián)環(huán)建文建筑設(shè)計有限公司，北京100098)

無梁樓蓋廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，特別是地下車庫，由于其施工簡便，能有效增加樓層凈高，減少開挖深度而受到業(yè)主的歡迎，下面筆者以近年來對此類結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的經(jīng)驗，對設(shè)計中要遇到的一些結(jié)構(gòu)問題進行探討。

1 無梁樓蓋各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的經(jīng)驗取法

1.1 無梁板厚的取值

無梁板厚的確定可以參考文獻(xiàn)1[1]。以非預(yù)應(yīng)力的有托板樓板為例，文獻(xiàn)1推薦的板厚為不宜小于長跨跨度的1/35，若柱距為8 m，即板厚不宜小于250 mm。需要指出的是，對于一般的室內(nèi)停車、辦公、餐飲等功能的房間，這個厚度是合理的，但若是板上有覆土、消防車荷載或其它較重的荷載時，則板厚應(yīng)適當(dāng)加大，比如筆者在某項目中8.1 m的柱距，2 m的覆土，取板厚為400 mm，板太薄則沖切計算及板配筋計算都會有問題。

1.2 柱帽的取值

柱帽的尺寸是與頂板厚匹配的，是根據(jù)柱對頂板的沖切、頂板配筋、設(shè)備專業(yè)管線綜合等各方面條件而綜合確定的。一般有如下幾種形狀可選擇:1)錐形2)矩形3)上述兩種形狀的組合，一般變階不超過2次。

柱帽的作用有兩個:一是減小板的計算跨度，降低板配筋;二是保證柱對頂板的沖切。

筆者推薦使用矩形柱帽，主要原因有兩個:1)施工方便;2)常用的Slabcad進行配筋計算時無法考慮錐形部分的高度。所以優(yōu)先選擇矩形，若沖切不滿足時，可在柱根處局部錐形變階。

1.3 柱尺寸的取值

對于非抗震結(jié)構(gòu)中的柱，主要以滿足軸壓比為主，對于抗震結(jié)構(gòu)中的柱，則還要滿足抗震的需要。對于大面積地下車庫而言，與主樓相接的2～3跨外的柱一般可按非抗震考慮，柱配筋一般均為構(gòu)造配筋，所以柱的成本增長主要考慮柱的混凝土用量及標(biāo)號的關(guān)系，以及柱本身占的建筑面積對建筑可用面積的影響。如果項目對柱間凈距要求比較高時，可適當(dāng)提高柱的混凝土強度等級以減小柱截面。

經(jīng)成本核算，柱的截面尺寸對造價的影響大于強度等級的影響，所以軸壓力滿足規(guī)范要求的前提下，柱截面最小是較經(jīng)濟的選擇。

下面是經(jīng)方案比選給出的8m×8m柱網(wǎng)經(jīng)濟組合的建議:

表1 無消防車荷載時8 m×8 m柱網(wǎng)經(jīng)濟組合建議

見表2

表2 有消防車荷載時8 m×8 m柱網(wǎng)經(jīng)濟組合建議

1.4 墻厚的取值

地下車庫的墻主要包括地下外墻、人防墻、風(fēng)井外墻、樓梯外墻等。墻厚除要滿足外墻擋土、人防等要求外，一般還要考慮與頂板厚度的匹配，比如板厚取200 mm，則墻厚以取250～300 mm為宜;板厚取400 mm，則墻厚以取300～400 mm為宜。一方面是保證墻能對頂板有一定的約束，一方面是便于無梁樓板鋼筋的錨固。因為通常希望板的鋼筋在墻內(nèi)能有0.4 La(LaE)的水平長度，以板混凝土C30，非抗震設(shè)計為例，核算公式如下:

B墻－30≥0.4La=0.4x35d

計算結(jié)果統(tǒng)計如表3:

表3 非抗震時的水平板筋錨固要求

所以，墻厚的尺寸是與板鋼筋的直徑相關(guān)的，由于柱上板帶在柱帽處的附加鋼筋通常較大，直徑一般在20 mm以上，所以筆者推薦墻厚盡量在300 mm以上。

2 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的計算要點

地下車庫無梁樓蓋的計算主要包括如下若干方面。

1)墻、柱等豎向構(gòu)件;

2)局部框架梁、封邊梁、次梁的計算;

3)柱帽處計算，也即柱對頂板的沖切計算;

4)頂板的配筋計算。

其中前兩者是通過整體計算得到結(jié)果，后兩者是通過對無梁頂板的計算得到結(jié)果。

3 整體計算的方法

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的整體計算是在Setwe中進行整體分析的。首先在Pmcad中建立整體模型，以虛梁或等代框架梁連接柱網(wǎng)，布上樓板、荷載等，再進入Setwe進行整體計算，得到墻柱的結(jié)果。豎向構(gòu)件除考慮地震等水平作用或活荷載不均勻布置等情況會有計算配筋外，其它情況一般均為構(gòu)造配筋。

這里需要注意幾個問題:

1)無梁樓板應(yīng)設(shè)為彈性板6。由于Pkpm默認(rèn)樓板為彈性膜(只能真實計算樓板的平面內(nèi)剛度)，當(dāng)設(shè)為彈性板6(真實計算樓板的平面內(nèi)和平面外剛度)，才可以考慮樓板對墻柱的剛度。

2)采用虛梁時，宜加密梁格，比如8 m的柱網(wǎng)，劃分為3～4個格，這樣可以使無梁樓板的剛度對柱的約束更真實。

3)采用等代框架梁時，由于Pkpm不能扣除梁板重疊部分的梁自重，宜人工扣除。這里有兩種方法。一是在輸面荷載時，人為少輸一些;二是在梁上輸一個向上的線荷載，把梁自重抵消掉。另外，由于Pmcad輸不了柱帽，若想考慮這部分荷載，可以在柱上加一個點荷載，也可以面載加大一點來簡化處理。

4 無梁樓板的計算

對無梁樓板的計算，有許多種方法，具體可參見文獻(xiàn)1[1]中的詳細(xì)描述。

下面歸納如下:

1)經(jīng)驗系數(shù)法

人工計算出各截面的彎矩，再按一定系數(shù)分配到柱上板帶和跨中板帶，再得出配筋結(jié)果。這種方法需要大量的人工計算，且僅適合于規(guī)則的柱網(wǎng)。

2)等代框架法

將板簡化成一定寬度、厚度同板厚的框架梁，得到該等代框架梁的彎矩后，按一定系數(shù)分配到柱上板帶和跨中板帶，再得出配筋結(jié)果。這種方法同樣需要大量的人工計算，且僅適合于規(guī)則的柱網(wǎng)。

3)理正工具箱計算法

原理同法2)，只不過用小程序來實現(xiàn)計算，能直接得到柱上板帶和跨中板帶的驗算結(jié)果。同樣也只適用于規(guī)則的柱網(wǎng)。

4)Slabcad有限元計算法

Slabcad是接力Pmcad和Setwe進行無梁樓板設(shè)計的程序，可以把豎向荷載和從Setwe讀來的水平荷載進行組合，然后進行有限元設(shè)計，并且可以方便地得到柱上板帶和跨中板帶的計算結(jié)果。適用于各種復(fù)雜的情況。

5)Etabs、sap2000 計算法

類似于Slabcad，也是有限元計算，得到內(nèi)力和配筋的計算云圖。只是輸出板帶的配筋數(shù)據(jù)不太方便。作為國際權(quán)威計算軟件，同樣適用于各種復(fù)雜情況。

筆者推薦用Slabcad進行計算，這主要是現(xiàn)在地下車庫有時候柱網(wǎng)不是完全規(guī)則，外墻輪廓有時也比較復(fù)雜，有時還要開比較大的風(fēng)井和樓梯間，剪力墻筒的布置也比較靈活。Slabcad能夠直接給出板帶的配筋和柱的沖切計算結(jié)果，滿足設(shè)計的要求。另外，可以在規(guī)則的柱網(wǎng)處取幾個有代表性的截面進行理正核算。經(jīng)比較，這幾種方法的計算結(jié)果基本是吻合的。

5 一些有爭議問題的探討

5.1 地下室外墻沿線可不設(shè)柱、柱帽及柱上板帶

筆者認(rèn)為沿地下外墻為板的剪切控制，可以不設(shè)柱帽。如果邊跨較小，可以不設(shè)邊柱及柱帽，如果邊跨的跨度接近標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，可設(shè)邊柱及柱帽，但這也不是為了沖切要求，而是因為邊跨的邊支座為半固半鉸，跨中底鋼筋會大一些，若沒有柱帽則計算跨度會更大，底筋相應(yīng)也更大，設(shè)柱帽后會使邊跨與內(nèi)跨的配筋相協(xié)調(diào)。

另外，由于此處有外墻作為板的支座，所以也沒必要設(shè)置柱上板帶。

5.2 Slabcad中的結(jié)果取至柱邊是合理的

配筋截面的選擇有三種意見:1)柱邊;2)柱帽邊;3)上柱兩點的中點或是中間的某一人為經(jīng)驗指定點。

筆者認(rèn)為算至柱邊是合理的。理由如下:

1)Slabcad柱邊彎矩是全板帶寬度的積分[2]，不是最大值，這是合理的。有人認(rèn)為柱邊彎矩過大，應(yīng)當(dāng)削峰，或人為指定一個柱邊與柱帽邊之間的某個點作為配筋截面，這是不合理的，因為Slabcad在配筋計算時已經(jīng)對柱邊彎矩進行了積分，這就相當(dāng)于了削峰，再遠(yuǎn)離柱邊取點是偏不安全的。

2)Slabcad柱邊配筋截面的選擇是合理的。Slabcad的配筋截面不考慮錐形部分，這種簡化也基本是合理的，因為如果是在矩形柱帽基礎(chǔ)上為了沖切要求再加的二階錐形柱帽，如圖1所示，此部分柱帽在全板帶寬度內(nèi)所占比重很小，另外矩形柱帽一般占柱上板帶寬度的比例較大，所以直接取矩形柱帽的尺寸作為計算截面是合理的，也是偏安全的。

圖1 柱帽計算截面示意圖

6 制圖中的一點問題

6.1 暗梁

對有抗震要求的無梁樓蓋可在柱上板帶中設(shè)置暗梁，并滿足一定的尺寸及配筋要求，這主要是《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[3]要求的。對于非抗震的純地下車庫而言，筆者認(rèn)為可以不設(shè)置暗梁以簡化施工。

6.2 柱上板帶附加上鐵的伸出長度

附加上鐵的長度應(yīng)滿足受力要求并力求節(jié)約簡潔，筆者推薦，柱上板帶在柱頂?shù)母郊由翔F伸出柱邊不小于凈跨的1/3，跨中板帶附加上鐵伸過軸線不小于柱網(wǎng)長跨的 1/4[4][5]。經(jīng)與有限元計算結(jié)果比較，上述鋼筋的斷點是滿足計算要求的。

7 結(jié)論

經(jīng)過上述探討，我們可以得出如下結(jié)論:

1)無梁樓板的厚度是與其所受荷載和跨度相匹配的，合理的厚度有利于滿足柱的沖切要求及板自身的配筋要求。

2)柱的尺寸一般是以軸壓比控制的，適當(dāng)提高混凝土強度以減小柱斷面是經(jīng)濟的。

3)墻厚宜與頂板厚度相匹配，頂板較薄時，宜取250mm以上;頂板較厚時，宜取300mm以上。

4)為減化施工及計算方便，對于小尺寸柱帽盡量直接取矩形。

5)無梁樓蓋的整體計算以Setwe為主，樓板自身的計算推薦使用Slabcad。

6)地下室外墻沿線可不設(shè)柱、柱帽及柱上板帶，即使設(shè)柱帽也是為減小跨度，降低板配筋的目的。

7)Slabcad中的結(jié)果取至柱邊是合理的，因為柱邊的彎矩是積分的結(jié)果，而且計算截面也取的比較合理。

8)非抗震的無梁樓蓋可以不設(shè)暗梁。

以上是筆者進行無梁樓蓋設(shè)計的一些經(jīng)驗，希望拋磚引玉，對各位同行有所幫助。

[1]何郎平，地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點探究，城市建設(shè)理論研究，2012(24)

[2]地下室結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計優(yōu)化，工程建設(shè)與設(shè)計，2010(8)

[3]中國建筑科學(xué)研究院，鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范，1991

[4]建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施，北京市建筑設(shè)計研究院，中國建筑工業(yè)出版社

[5]中國建筑科學(xué)研究院，鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范，1991

[6]復(fù)雜樓板分析與設(shè)計軟件SLABCAD用戶手冊，中國建筑科學(xué)研究院，2011

[7]GB 50011－2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范

[8]川07G03混凝土無梁樓蓋圖集，四川省建設(shè)廳

[9]11G101－1混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板)，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院

[10]江見鯨，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析，1994