地下室頂板無梁樓蓋的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

【摘要】隨著城市現(xiàn)代化的加快，民用建筑的地下室大量出現(xiàn)，地下室的結(jié)構(gòu)形式也呈現(xiàn)多元化；為了滿足不同使用功能以及從節(jié)省建造成本考慮，地下室頂板采用無梁樓蓋是一種合理且有效的結(jié)構(gòu)形式。因此，本文針對于地下室無梁樓蓋技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的解析，并以實(shí)際工程為例闡述設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以供參考。

【關(guān)鍵詞】高層建筑地下室；無梁樓蓋；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、工程概況

南京某高層住宅樓，總建筑面積約25萬平方米。整個(gè)項(xiàng)目有十二棟高層住宅，建筑高度約80米，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)，地下室為一層。地下室總建筑面積為3.8萬平方米，其中人防部分面積1.2萬平方米。地下室頂板位置作為主樓結(jié)構(gòu)的嵌固端，主樓及其相鄰區(qū)域范圍內(nèi)地下室頂板采用現(xiàn)澆梁板式結(jié)構(gòu)體系。外圍地下室主要為了滿足停車需求，并保證設(shè)備布線及建筑凈高符合設(shè)計(jì)要求，采用無梁樓蓋體系。在設(shè)計(jì)時(shí)，純地下室采用小柱網(wǎng)為6.40m×5.40m ，地下室頂板上覆土為1.4m。

2、無梁樓蓋計(jì)算方法

2.1經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法是根據(jù)工程實(shí)踐與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出的，即算出板的總彎矩再乘以彎矩分配系數(shù)得出個(gè)控制截面的彎矩值。此方法適用于較規(guī)則的柱網(wǎng)布置，同時(shí)必須符合以下條件：（1）每個(gè)方向至少有三個(gè)連續(xù)跨；（2）同一方向上的最大跨度與最小跨度之比應(yīng)不大于1.2，且兩端跨不大于相鄰的內(nèi)跨；（3）任意板跨的長邊與短邊之比不大于1.5；（4）活荷載與恒載之比不大于3。該算法工作量大且較繁瑣，一般用于簡單工程的初步估算。

2.2等代框架法

等代框架法是根據(jù)柱網(wǎng)布置等代框架，即將整個(gè)無梁樓蓋結(jié)構(gòu)分為沿縱、橫柱列方向劃分為縱、橫兩個(gè)方向的等代框架。等代框架梁的寬度為豎向荷載作用時(shí)，取板跨中心線之間的距離；為水平荷載作用時(shí)，則取板跨中心線之間距離的一半較為適宜。等代框架梁的高度取板的厚度。等代框架梁的跨度，取等于Lx-2c /3或Ly-2c /3，c為柱帽寬度。等代框架的計(jì)算高度，對于樓層，取層高減去柱帽的高度；對于底層，取基礎(chǔ)頂面至該層樓板頂面的高度減去柱帽的高度。計(jì)算中應(yīng)考慮活荷載的不利組合，最后得出的等代框架梁彎矩值，按系數(shù)分配給柱上板帶和跨中板帶。在實(shí)際工程中可采用理正計(jì)算軟件進(jìn)行單榀框架的計(jì)算，但對于柱網(wǎng)不規(guī)則、板面荷載變化較大的結(jié)構(gòu)計(jì)算量很大，應(yīng)采用有限元的計(jì)算方法進(jìn)行整體計(jì)算[1]。

2.3有限元計(jì)算法

精確分析法一般采用有限元程序進(jìn)行計(jì)算，是目前適用范圍最廣的方法。該方法通過有限元計(jì)算程序，對一些邊界條件復(fù)雜，樓板區(qū)格不規(guī)則的無梁樓蓋做到準(zhǔn)確分析。工程設(shè)計(jì)中通過定義彈性板6來實(shí)現(xiàn)有限元程序?qū)o梁樓蓋的整體分析。具體做法如下：在采用盈建科軟件分析無梁樓蓋結(jié)構(gòu)時(shí)，由于盈建科軟件具有考慮樓板彈性變形的功能，可以采用彈性樓板單元較為真實(shí)的模擬樓板的剛度和計(jì)算變形，即定義無梁樓板為彈性板6。因此就不用將樓板簡化為雙向等代框架梁體系，而是通過設(shè)置虛梁定義樓板邊界，直接對無梁樓蓋體系進(jìn)行三維分析計(jì)算，但在邊界處及開洞處仍應(yīng)布置實(shí)梁，同時(shí)考慮該梁與彈性板的變形協(xié)調(diào)。由于定義了彈性樓板，整理計(jì)算中應(yīng)選擇總剛算法進(jìn)行計(jì)算。與前兩種方法相比較，有限元計(jì)算方法極大地節(jié)省了設(shè)計(jì)中的計(jì)算時(shí)間，提高了效率，同時(shí)對異形復(fù)雜樓板都能夠加以精確的分析計(jì)算，是符合當(dāng)前階段設(shè)計(jì)工作要求的電算方案。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)采用有限元計(jì)算為主，同時(shí)加以等代框架法復(fù)核結(jié)果的方案，才能保證工程質(zhì)量，同時(shí)節(jié)省造價(jià)[2]。

3、無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)參數(shù)

地下室頂板采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式，頂板上覆土厚度為1.400m，頂板板厚為300mm，活載取值為5.0kN/m2；柱截面為450mmX450mm，根據(jù)柱網(wǎng)跨度，柱帽大小為2.2mX1.8m，柱帽總厚度為700mm，見無梁樓蓋結(jié)構(gòu)平面圖；人防區(qū)頂板取值為70kN/m2，消防荷載按規(guī)范取值；地下室抗震等級為三級，地下室頂板作為嵌固部位。

3.2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）柱帽沖切

采用盈建科1.8.1版進(jìn)行計(jì)算，柱之間布置虛梁，各區(qū)間樓板按彈性板6考慮。經(jīng)計(jì)算，非人防區(qū)頂板柱帽在柱根處沖切比為0.75，柱帽邊沖切比為0.74，見非人防區(qū)柱帽沖切比圖，在未配置抗沖切鋼筋的情況下，柱帽及頂板的抗沖切滿足設(shè)計(jì)要求；人防區(qū)在未配置抗沖切鋼筋的情況下，柱帽在柱根處沖切比大于1.0，抗沖切不滿足設(shè)計(jì)要求，需設(shè)置抗沖切箍筋，當(dāng)沖切不滿足要求時(shí)軟件自動默認(rèn)設(shè)置抗沖切箍筋，此時(shí)頂板柱帽在柱根處沖切比為0.62，柱帽邊沖切比為0.83，見人防區(qū)柱帽沖切比圖，根據(jù)計(jì)算結(jié)果需在間距100mm內(nèi)設(shè)置鋼筋面積為120mm2的箍筋，設(shè)置8@100（4），設(shè)置范圍見柱帽抗沖切布置圖。

（2）板帶設(shè)置

無梁樓蓋頂板有限元計(jì)算時(shí)，可對頂板進(jìn)行板帶劃分，板帶寬度取垂直于板帶方向兩側(cè)柱距的1/4，見無梁樓蓋板帶配筋圖；相對于有限元網(wǎng)格配筋計(jì)算值，采用板帶劃分計(jì)算，柱帽、柱上板帶及跨中板帶配筋值和配筋范圍比較明確，有利于設(shè)計(jì)人員配置鋼筋。

3.3配筋計(jì)算及構(gòu)造

在對頂板進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)，人防區(qū)頂板采用塑性計(jì)算與彈性計(jì)算進(jìn)行包絡(luò)，最小配筋率為0.3%，設(shè)置板面板底通長鋼筋為14@150，柱帽處板面鋼筋計(jì)算值均大于通長鋼筋配筋值，故平行于柱帽長邊方向附加鋼筋18@150，平行于柱帽短邊方向附加鋼筋12@150，上下鋼筋拉結(jié)筋為Φ6@450x450；非人防區(qū)頂板最小配筋率為0.25%，設(shè)置板面板底通長鋼筋為12@150，經(jīng)計(jì)算，平行于柱帽長邊方向和短邊方向均附加鋼筋10@150。

主樓相關(guān)區(qū)域（兩跨）為有梁板結(jié)構(gòu)，在與無梁樓蓋交界處梁受到較大扭矩，在模型計(jì)算中考慮梁與彈性板的變形協(xié)調(diào)會真實(shí)地反映該梁的受力狀態(tài)，通常情況下加寬梁截面以及增加梁抗扭筋會有效抵抗無梁樓蓋對邊梁的作用。

結(jié)語：

高層建筑是建筑業(yè)發(fā)展的必然，為了保證建筑整體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，就必須要對建筑采取合理的施工技術(shù)。地下室工程屬于基礎(chǔ)工程范疇，其質(zhì)量將直接影響工程的使用安全，施工費(fèi)用也相對較高，因此，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的使用可以有效解決這一問題，所以，我們要深入了解和掌握無梁樓蓋在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)，確保工程的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

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，2014.

[2]郭郴.無梁樓蓋在大底盤地下室工程中的應(yīng)用[J].福建建設(shè)科技，2014（1）：23-27.