關(guān)于地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

徐冬哲

（廣東省廣州市510000）

關(guān)于地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

徐冬哲

（廣東省廣州市510000）

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系具有結(jié)構(gòu)高度小、板底平整、構(gòu)造簡單、整體性好、建筑空間大、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)被普遍應(yīng)用于各種民用建筑之中。本文從無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其與梁板結(jié)構(gòu)的差異出發(fā)，對地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體分析，希望能夠起到拋磚引玉的效果，使同行之間相互探討，共同提高。

無梁樓蓋；地下室頂板；雙向受力；板柱結(jié)構(gòu)

1　引言

隨著社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)以及科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，我國人民物質(zhì)生活條件得到了很大的改善，居民用車呈幾何級數(shù)增長，為了滿足人們?nèi)找嫣岣叩木幼⌒枨蠛屯＼囆枨?，房地產(chǎn)市場的高層建筑越來越多，地下室和地下車庫的規(guī)模不斷擴(kuò)大。地下室的建設(shè)需要大量的鋼筋和混凝土以及消防設(shè)施的投入，在整個工程的建造成本中，地下室及基礎(chǔ)的費(fèi)用可以占到整個工程成本的10～30%，因此地下室構(gòu)件采用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)又稱板柱結(jié)構(gòu)，樓面荷載直接由板傳給柱及柱下基礎(chǔ)，是近年來發(fā)展較為迅速的一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，將無梁樓蓋結(jié)構(gòu)運(yùn)用到地下室頂板設(shè)計(jì)，可有效降低地下室層高、減少地下室總埋深、增加地下室的有效使用面積、降低基坑支護(hù)費(fèi)用、減少基坑土方開挖量，具有十分重要的實(shí)際意義。

2　地下室無梁樓蓋的特點(diǎn)及其與梁板結(jié)構(gòu)的差異

2.1地下室無梁樓蓋頂板與梁板結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的差異

地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)又稱板柱結(jié)構(gòu)。無梁蓋結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時除去了梁肋的設(shè)計(jì)，將板直接支承在柱上，改變傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)荷載傳力方式，樓面荷載直接通過柱子傳至基礎(chǔ)。無梁樓蓋又分為板柱結(jié)構(gòu)和板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)，其中板柱結(jié)構(gòu)由樓板、柱和柱帽組成，板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)由樓板、柱、柱帽和剪力墻組成。

2.2地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)2.2.1地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

（1）大大增加了同等層高下樓層的使用空間。將無梁樓蓋運(yùn)用于地下室，可有效降低地下室層高，從而減少地下室總埋深，從使用效果來看，可增加地下室的有效使用面積，增大了樓層凈空。就結(jié)構(gòu)本身而言，樓面荷載直接由板傳給柱及柱下基礎(chǔ)，從而縮短了傳力路徑；就經(jīng)濟(jì)方面而言，地下室無梁樓蓋可降低基坑支護(hù)費(fèi)用，減少基坑土方開挖量，節(jié)約通風(fēng)設(shè)備和長期供電的投入。

（2）使建筑物的美觀得到了體現(xiàn)。無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)頂面布置簡單，通風(fēng)效果良好，建筑工程中的布線以及管道施工十分便利，既實(shí)現(xiàn)了建筑物的功能作用也體現(xiàn)了一定的美觀性。

（3）加快施工速度，施工周期較短。無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)體系簡單，傳力路徑短捷，方便鋼筋綁扎，減少了模板施工和土石方開挖工作量，從而大大提高了施工速度，縮短基坑暴露的時間。

（4）地震效應(yīng)明顯小于層高較大的梁板結(jié)構(gòu)體系的建筑物。

2.2.2地下室無梁樓蓋頂板的缺點(diǎn)

目前，在地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，無梁樓蓋頂板已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是其也有一些缺點(diǎn)。主要為其結(jié)構(gòu)延性差，破壞形式為沖切，屬于脆性破壞，無預(yù)兆。

3　地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)研究

3.1計(jì)算方法的選擇

垂直荷載作用下板柱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及位移計(jì)算方法有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法和有限元法三種。隨著現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法和等代框架法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代板柱結(jié)構(gòu)計(jì)算的要求。目前由于科技的不斷進(jìn)步，有限元法得到了更加的完善和發(fā)展，分析軟件發(fā)達(dá)，計(jì)算準(zhǔn)確，操作簡便，在實(shí)際的板柱結(jié)構(gòu)計(jì)算中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.1.1經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法最簡單的計(jì)算方法之一，設(shè)計(jì)人員可以不借助任何計(jì)算工具而直接手算，因而被廣泛采用。需要注意的是經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法是在試驗(yàn)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出來的，僅僅適用于一定的規(guī)則結(jié)構(gòu)，使用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法需滿足以下幾個條件：

（1）任一區(qū)格板的長邊和短邊之比不大于1.5。

（2）每個方向至少應(yīng)有3個連續(xù)跨。

（3）同一方向上的最大跨度與最小跨度之比不應(yīng)大于1.2。（4）活荷載為均布荷載，且不大于靜荷載的3倍。（5）不規(guī)則柱網(wǎng)，柱的偏離值不應(yīng)大于跨度的10%。

3.1.2等代框架法

等代框架法也是一種手工近似計(jì)算的方法，將結(jié)構(gòu)分別沿縱、橫柱列兩個方向劃分，并將其視為縱向等代框架和橫向等代框架，然后對其分別進(jìn)行計(jì)算和分析。適用與任一區(qū)格的長跨與短跨之比不大于2的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，計(jì)算時需要特別注意結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重對柱內(nèi)內(nèi)力的影響、活荷載的不利布置、縱向和橫向的等代框架均應(yīng)承擔(dān)全部作用荷載等幾個方面。

3.1.3有限元法

該法是根據(jù)無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶及柱帽的平面尺寸，將結(jié)構(gòu)劃分為眾多細(xì)小單元，然后采用一定的本構(gòu)關(guān)系和邊界條件模擬受力過程，最后計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。在具體工程中，常用如PKRM中的SLBACAD模塊和SPA2000無梁樓蓋模塊等計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。

3.2各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)

3.2.1無梁板厚的取值

《鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GBJ130-1990）等相關(guān)文獻(xiàn)對于無梁板厚的取值都有明確規(guī)定，例如對于一般的室內(nèi)停車、辦公餐飲等功能房間的非預(yù)應(yīng)力有托板樓板，文獻(xiàn)推薦板厚應(yīng)大于或等于長跨跨度的1/35，而對于一些板上有覆土或其他較重荷載時，板厚應(yīng)適當(dāng)加厚。

3.2.2柱帽的取值

柱帽有減小板件計(jì)算跨度、保證柱對頂板的沖切等兩個方面的作用，其尺寸的取值由頂板配筋、柱對頂板的沖切等各方面因素決定。柱帽的形狀有錐形、矩形、錐形與矩形的組合型三種，其中矩形柱帽因施工比較方便、配筋計(jì)算容易使用比較廣泛。

3.2.3柱尺寸的取值

地下室無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)中的柱截面尺寸的取值對工程造價(jià)影響較大，設(shè)計(jì)中既要滿足軸壓比的要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)性。我們以廣州市某商業(yè)大廈地下室工程為例，該地下工程總建筑面積16000m2，占地面積約4000m2，平面尺寸100m×40m，地上為街心公園，地下共有三層，為停車場，層高3.3m；三層頂板均采用無梁樓蓋。由于整個工程面積較大，與主樓相接的2～3跨外的柱按非抗震考慮，經(jīng)成本核算我們可知，柱的截面尺寸對造價(jià)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于強(qiáng)度等級的影響。所以在進(jìn)行無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，柱截面在軸壓力滿足要求的情況下盡量最小是最為經(jīng)濟(jì)的理想選擇。地下室覆土厚度為1.1m，其中8m×8m柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)組合建議如表1可示。

表1　8m×8m柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)組合

3.3具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.3.1對外墻采取特別設(shè)計(jì)

外墻是地下室起支撐上部結(jié)構(gòu)、傳遞結(jié)構(gòu)上下內(nèi)力并能夠同時抵擋側(cè)向土壓力的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其作用很大程度上受到板帶的影響，因此外墻的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)選擇合理、科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

3.3.2板筋的搭接問題

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)中板筋的搭接要符合相關(guān)建筑規(guī)范，設(shè)計(jì)人員對于無梁板何處地方受拉何處受壓要分析得當(dāng)，為了避免出錯可以在施工圖中做出詳細(xì)說明。此外還應(yīng)特別注意頂板板面的通筋布置和數(shù)量，對于長度比較大的和溫差有明顯的位置，鋼筋間距盡量不要大于200。

3.3.3注重建筑材料的規(guī)格

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定受很多因素的影響，其本身也存在一定缺陷性，例如結(jié)構(gòu)延性較差、無梁板板件抗沖切性較低等，在進(jìn)行建材選擇時應(yīng)充分考慮到這些因素的影響，合理的選用符合規(guī)格和強(qiáng)度的建筑材料，例如混凝土的型號、鋼筋的尺寸和型號等。

3.3.4板帶配筋

有限元法計(jì)算時將樓板分割成較多的有限元單元，并以各單元之間的變形協(xié)調(diào)為前提，真實(shí)地反映出樓板的實(shí)際受力過程，計(jì)算結(jié)果真實(shí)可信，應(yīng)為工程設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，但是受力復(fù)雜的局部應(yīng)補(bǔ)充手算復(fù)核，配筋應(yīng)留有余地。

3.3.5撓度及裂縫

由于無梁樓蓋板跨較大，且地下室頂板一般有較厚覆土，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對板的撓度及裂縫合理控制，滿足設(shè)計(jì)及使用要求。

4　結(jié)束語

綜上所述，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計(jì)應(yīng)用中具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，與傳統(tǒng)的梁板結(jié)構(gòu)相比更加適用于當(dāng)前形勢下的地下室頂板設(shè)計(jì)。在計(jì)算機(jī)高度發(fā)達(dá)的當(dāng)今時代，設(shè)計(jì)單位在對地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)遵循安全、適用和合理的原則，使建筑地下室設(shè)計(jì)工作發(fā)揮其最大的經(jīng)濟(jì)作用和社會效益。

[1]楊慧來.地下室結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2010（8）：65～ 67.

[2]何郎平.地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究[J].城市建設(shè)理論研究，2012（24）.

[3]陳靜茹.現(xiàn)澆鋼筋混凝土無梁樓蓋無梁樓蓋體系的分析研究[D].武漢理工大學(xué)，2002.

[4]薛立瑩.現(xiàn)澆鋼筋混凝土無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)分析及施工技術(shù)[D].哈爾濱工程大學(xué)，2007.

TU93

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1673-0038（2015）16-0023-02

2015-3-29