淺談無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

陳飛

【摘要】無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的傳力路徑清晰，同時具有增加樓層凈空尺寸、確保樓面平整度，施工模板較為簡單，降低施工成本等特點(diǎn)，然而無梁樓自身的抗彎剛度較小、樓板產(chǎn)生的撓度較大，造成柱子局部區(qū)域板沖切較大，影響了抗震性能。本文闡述了無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系常見的計(jì)算方法，探究無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)造要求。

【關(guān)鍵詞】無梁樓蓋；結(jié)構(gòu)體系；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

前言：無梁樓蓋體系同時也被稱為板柱體系，主要通過在樓蓋中布置梁肋，將現(xiàn)澆混凝土板支承于柱，從受力角度來講，無梁樓蓋具有雙向受力特點(diǎn)，同時樓面荷載將直接傳遞于柱，進(jìn)而傳遞于基礎(chǔ)。無梁樓蓋從其結(jié)構(gòu)形式可分為密肋板或平板。根據(jù)柱帽可分為無柱帽或有柱帽無梁樓蓋體系，根據(jù)施工流程可分為現(xiàn)澆式或整體裝配式。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)建筑樓面的可變標(biāo)準(zhǔn)荷載值超過5KN/m2時或其跨度低于6m時，均適用無梁樓蓋體系。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系目前適用于商場、多層工業(yè)廠房、庫房、圖書館等建筑，其柱網(wǎng)多采用矩形或正方形，其中以正方形更具經(jīng)濟(jì)性。板內(nèi)鋼筋根據(jù)縱、橫向布置，樓蓋的四邊支承于墻上或邊柱圈梁上，從而能夠控制房屋的體積以及節(jié)省墻體結(jié)構(gòu)，無梁樓蓋的平整度較高，從而通風(fēng)、采光以及衛(wèi)生條件更為理想。由于施工模板較為簡單，從而能夠節(jié)省大量的模板用量與人員成本，因此推廣無梁樓蓋體系具有經(jīng)濟(jì)性與社會效益。

1、無梁樓蓋體系內(nèi)力計(jì)算

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)可通過彈性理論來分析計(jì)算，也可根據(jù)塑性理論進(jìn)行分析計(jì)算，目前常用的設(shè)計(jì)方法包括：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法、等代框架計(jì)算法、精確計(jì)算法等。

1.1經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法

該法常適用于較為規(guī)則的等代框架建筑，采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法時，建筑物必須符合下列條件：第一，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)縱、橫方向均超過連續(xù)三跨；第二，區(qū)格內(nèi)的長跨與短跨之比不小于1.5；第三，相同方向的最大與最小跨度比值應(yīng)當(dāng)小于1.2 ，且兩端跨度不應(yīng)大于內(nèi)跨；第四，活荷載不應(yīng)大于3倍的恒荷載設(shè)計(jì)值；第五，為確保無梁樓蓋能抵抗水平荷載，在無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)確保有剪力與抗側(cè)力支撐。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算法是基于薄板彈性理論，得出柱上與跨中板帶在跨中截面、支座截面的彎矩系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法給出無梁樓蓋內(nèi)力數(shù)值，最終總結(jié)其縱、橫向板的總彎矩，根據(jù)其彎矩分配系數(shù)，從而計(jì)算各截面彎矩?cái)?shù)值。

1.2等代框架計(jì)算法

等代框架計(jì)算法主要是將整個建筑結(jié)構(gòu)沿橫、縱劃分為縱向與橫向等代框架，不同于普通框架柱，普通框架梁柱均能夠傳遞內(nèi)力包括彎矩、軸力等，而在等代框架體系中，在豎向荷載條件下，等代框架梁寬度取值方向與梁跨呈垂直方向，其數(shù)值都均大于柱寬，僅一小部分豎向荷載靠柱子直接傳遞，其余荷載都通過扭矩來進(jìn)行傳遞，所以無梁樓蓋體系中代框架柱包括柱帽以及兩側(cè)扭臂等，在設(shè)計(jì)過程中其剛度都應(yīng)當(dāng)充分等代柱的受彎剛度與扭臂受扭剛度。

等代框架梁的尺寸取值，高度與板相等，在水平荷載作用下等代框架梁的寬度取1/2板跨中心線間距離，同時在豎向荷載下取與梁跨度垂直方向的板跨中心線間的距離。等代框架柱截面往往取柱的截面尺寸，而柱的實(shí)際計(jì)算高度，則取層高扣除柱帽的高度。如果僅有豎向荷載情況下，框架可根據(jù)分層法來簡化柱截面計(jì)算，并根據(jù)框架內(nèi)力計(jì)算得出柱內(nèi)力與梁內(nèi)力數(shù)值，乘以相應(yīng)分配比值便可計(jì)算等代框架梁中各截面彎矩?cái)?shù)值。表1為某工程柱上板帶與跨中板帶的彎矩分配比值。

1.3精確計(jì)算法

該法對無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系來講并不是僅僅等代與簡化，而是同時考慮無梁樓蓋體系的跨中板帶、柱上板帶以及柱帽尺寸，采用有限元法來把無梁樓蓋分割為若干個單元，并用單元有限元法進(jìn)行計(jì)算。在求解過程中可借助PKPM、 SAP2000、GEN以及MIDAS等有限元計(jì)算軟件。本文以PKPM軟件為例，主要闡述有限元計(jì)算方法：第一，在建模過程中需要科學(xué)處理，通過PMCAD模塊，在人機(jī)交互輸入過程中，在柱間位置上布置尺寸為100mmX100mm矩形截面的暗梁，（在開洞處與邊界處最好設(shè)置實(shí)梁），從而便于在SATWE軟件在數(shù)據(jù)處理過程中能精確獲取現(xiàn)澆板的邊界消息。第二，借助整體三維模式計(jì)算無梁樓蓋內(nèi)力，在PKPM軟件中SATWE模塊具有考慮樓板彈性變形的過程，并以彈性樓板單元作為模擬樓板來計(jì)算剛度與變形，在SATWE軟件中將其無梁樓蓋中的樓板設(shè)置為彈性樓板。第三，在進(jìn)行三維計(jì)算分析過程中，需借助SATWE程序中自帶厚板分析程序來進(jìn)一步分析無梁樓蓋，在均布面荷載與線荷載條件下來對樓板內(nèi)力與配筋計(jì)算。

1.4無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的沖切計(jì)算

第一，在集中力與局部荷載的作用下，彎起鋼筋與配置箍筋的板受沖切承載力應(yīng)符合《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中第6.5.1條的要求。第二，受沖切計(jì)算能符合《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》關(guān)于板厚限制要求的同時，需要配置彎起鋼筋或箍筋，除此以外受沖切承載力與受沖切截面應(yīng)當(dāng)符合《混凝上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

2、無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造要求

（1）樓板配筋應(yīng)選用雙向配筋支座來承受負(fù)彎矩的鋼筋，并且選用直徑大于12mm的鋼筋，同時對無梁樓板應(yīng)當(dāng)充分考慮其抗震作用，板面根據(jù)其抗震要求，配筋率應(yīng)高于25%p。（p為支座處負(fù)鋼筋的配筋率）

（2）無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計(jì)要求：第一，房屋的樓梯、周邊以及電梯洞口應(yīng)布置框架梁；第二，當(dāng)抗震烈度大于等于8度時應(yīng)當(dāng)選用柱帽或托板的板柱節(jié)點(diǎn)；第三，在地震條件下板柱結(jié)構(gòu)根據(jù)平面等代框架分析時，其等代梁的寬度宜采用平面等代框架垂直方向柱距的1/2；第四，地下層頂板與屋蓋宜選用梁板結(jié)構(gòu)；第五，對于無柱帽平板應(yīng)在柱上板中布置暗梁，而暗梁寬度可取柱兩側(cè)及柱寬大于1.5倍樓板厚度，暗梁支座的上部鋼筋面積應(yīng)大于1/2柱上板帶鋼筋面積 ，而暗梁的下部鋼筋應(yīng)當(dāng)小于1/2上部鋼筋。

（3）對于無柱帽無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系，需布置彎起鋼筋與抗沖切箍筋，且符合相關(guān)規(guī)范的要求。

（4）對圈梁的配筋形式，如無梁樓板未伸出柱外側(cè)，需要在板周邊布置圈梁，圈梁高度應(yīng)大于2.5倍板厚，圈梁按計(jì)算配筋，抗扭箍筋為?6@200或?8@150，圈梁宜連接形成封閉式，且搭接長度大于其錨固長度，抗扭縱筋不小于4?12 ，同時在圈梁下部縱向鋼筋直接伸入柱邊，且圈梁上部縱向鋼筋須通長布置同時鋼筋的搭接點(diǎn)應(yīng)當(dāng)布置在跨中。

結(jié)束語：

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系與以往的框架結(jié)構(gòu)體系相比具有建筑空間大，能夠增加其樓層高度，且施工支模、工序簡單，綁扎鋼筋較為便利，設(shè)備工程安裝比較方便，工期短等特點(diǎn)，但抗震性能差、易受沖切破壞，對此設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)該結(jié)構(gòu)體系程特點(diǎn)，從計(jì)算方法、設(shè)計(jì)要求以及構(gòu)造措施等方面通盤考慮，從而保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性。

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