無(wú)梁樓蓋的設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討

廣東南海城鄉(xiāng)建筑設(shè)計(jì)有限公司 廣東 佛山 528000

正文：

1.概述

平面樓蓋可以分為有梁的和無(wú)梁的兩大類。無(wú)梁樓蓋按其縱橫兩向柱距之比可分為單向板無(wú)梁樓蓋（長(zhǎng)邊與短邊之比大于2時(shí)）及雙向板無(wú)梁樓蓋（長(zhǎng)邊與短邊之比小于等于2時(shí)）。由于平面布置的要求，無(wú)梁樓蓋的柱網(wǎng)一般接近正方形，常遇的均為雙向板無(wú)梁樓蓋。

雙向板無(wú)梁樓蓋一般包括四種形式[1]

（1）帶柱帽的無(wú)梁樓蓋（flate-slab floor），通常稱為無(wú)梁樓蓋，它的組成包括柱、柱帽、柱上托板及平板。柱帽及托板可以增強(qiáng)板柱之間的連結(jié)、緩和柱對(duì)平板的沖切以及減小板的計(jì)算跨度。

（2）平板無(wú)梁樓蓋(flate-plate floor)，它的組成僅包括柱及平板,這種樓蓋在節(jié)點(diǎn)處平板受柱的沖切作用比較大，需要特別關(guān)注。這種樓蓋天花平整、內(nèi)景效果最好。

（3）僅在柱上有梁的雙向板樓蓋，簡(jiǎn)稱雙向板樓蓋。雙向板樓蓋中采用的梁截面較小，梁的剛度沒有梁式板樓蓋中梁的剛度那么大，不能把它充分作為板的支座，而只能算做對(duì)板的加強(qiáng)，是板的一個(gè)組成部分。而雙向板梁式樓蓋中，板面荷載由板傳遞給次梁再傳遞給主梁，整個(gè)樓面荷載最終由主梁承擔(dān)。

（4）雙向密肋格形無(wú)梁樓蓋（waffle slab），這種樓蓋可以理解為在厚板下面規(guī)則地挖出一系類立方體后而成形的，其保留部分即為肋，比如工程中應(yīng)用也比較多的空心板。

2 無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)中需注意的問題

2.1 無(wú)梁樓蓋的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用中存在的問題

筆者主要探討帶柱帽的無(wú)梁樓蓋，也是近年應(yīng)用較多的形式。相對(duì)于梁板式樓蓋有如下優(yōu)點(diǎn)：①、截面高度小，可降低層高；②、板底平整，安裝通風(fēng)管道時(shí)可順利通過；③、可以少支模且施工方便，可以縮短工期。

隨著混凝土無(wú)梁樓蓋在工程中的應(yīng)用越來越廣泛，近年來地下室頂板無(wú)梁樓蓋倒塌的新聞也越來越多。2017年8月19日，北京石景山區(qū)某地塊地下車庫(kù)無(wú)梁板倒塌，本次事故直接原因?yàn)榈叵乱粚禹敯宀糠职逯?jié)點(diǎn)處沖切承載力不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。2018年11月12日，中山市古鎮(zhèn)某項(xiàng)目地下室頂板無(wú)梁樓蓋局部坍塌，初步調(diào)查分析，坍塌原因是填土作業(yè)人員違反操作規(guī)程，且大型滿載平板車停放不當(dāng)，導(dǎo)致頂板荷載過于集中，造成局部坍塌。

無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系本身沒問題，因其傳力途徑比較簡(jiǎn)潔直接、凈空利用率高、造型美觀、有利于通風(fēng)、便于布置管線和施工的優(yōu)點(diǎn)，所以在特地條件下（比如單層地庫(kù)），其綜合經(jīng)濟(jì)性比傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)有很大優(yōu)勢(shì)，但也是因?yàn)閭髁ν緩胶?jiǎn)潔直接，所以在滿足同樣設(shè)計(jì)安全度的基礎(chǔ)上，其抗垮塌冗余度沒有普通梁板結(jié)構(gòu)大，延性稍差，破壞經(jīng)常是突發(fā)性的，沒有預(yù)警期。

2.2 無(wú)梁樓蓋的沖切

對(duì)于無(wú)梁的平板樓蓋，平板與柱的連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)存在著柱對(duì)板的沖切作用，無(wú)梁樓蓋的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)尤為重要。沖切破壞是一種脆性的受剪破壞，它很容易使板柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生破壞而導(dǎo)致房屋倒塌。所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量將房屋設(shè)計(jì)成剛性方案，由抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（剪力墻）承擔(dān)水平力（風(fēng)荷載等），卸去板柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)由風(fēng)荷載引起的彎矩；還應(yīng)盡量把平板樓蓋設(shè)計(jì)成雖無(wú)內(nèi)梁但有邊梁的體系，利用邊梁受扭卸去邊柱、端柱及角柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)由于豎向荷載引起的彎矩及剪力中的一大部分。

無(wú)梁樓蓋的沖切問題成為設(shè)計(jì)的重中之重，設(shè)計(jì)時(shí)需要驗(yàn)算柱邊、柱帽邊及托板邊的沖切是否滿足設(shè)計(jì)要求。在受沖切承載力計(jì)算中，需要考慮不平衡彎矩的影響，第一種情況為在使用階段柱頭處柱子兩側(cè)的彎矩差值；第二種情況也是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中容易忽視的一種情況，對(duì)地下車庫(kù)頂板通長(zhǎng)都有1米左右的覆土，通長(zhǎng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中會(huì)把覆土荷載作為滿布恒載來考慮，但在實(shí)際施工過程中覆土荷載會(huì)出現(xiàn)不利布置的情況，即本跨滿載而相鄰跨空載的現(xiàn)象，這就要求設(shè)計(jì)中一定要驗(yàn)算施工荷載。沖切承載力驗(yàn)算在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]附錄F中有詳細(xì)敘述這里不再贅述。無(wú)梁樓蓋體系中板柱節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生不平衡彎矩，這種不平衡彎矩的反復(fù)作用將嚴(yán)重影響節(jié)點(diǎn)的承載力，因此無(wú)梁樓蓋體系中板柱節(jié)點(diǎn)是抗沖切的薄弱環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)的破壞是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因考慮不平衡彎矩影響后受

2.3 無(wú)梁樓蓋的彎矩取值及配筋要點(diǎn)

滿足一定條件的無(wú)梁板，在豎向均布荷載作用下，可以采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算彎矩。設(shè)計(jì)時(shí)受下列條件限制：1）每個(gè)方向至少3個(gè)連續(xù)跨；2）板格的長(zhǎng)邊與短邊之比不應(yīng)大于2；3）每一方向，連續(xù)跨的跨度之差不應(yīng)大于長(zhǎng)跨的1/3；4）整個(gè)樓蓋為均布荷載。

等代框架法，該方法是將整個(gè)結(jié)構(gòu)沿每個(gè)柱軸方向分別劃分“等代框架梁”和框架柱組成的框架。有了等代框架就可以用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法，通長(zhǎng)用分層計(jì)算方法較多。該方法計(jì)算模型簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，但是等代框架法的計(jì)算模型把柱與板的局部變形協(xié)調(diào)看成是完全變形協(xié)調(diào)，跨差較大時(shí)誤差較大。

近來來隨著軟件的開發(fā)與應(yīng)用日漸成熟，各程序提供的樓板有限元分析為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的工具。對(duì)于不規(guī)則樓板，跨差較大以及由于荷載布置、局部開洞等因素會(huì)使樓板應(yīng)力集中時(shí)，應(yīng)采用有限元分析補(bǔ)充計(jì)算。

樓板開洞帶來的后果首先是板內(nèi)部分鋼筋截?cái)?，影響板的抗彎承載力，而在柱四周開洞還有降低板對(duì)柱的抗沖切承載力。在無(wú)梁樓蓋中，對(duì)樓板開洞的位置及尺寸符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]第8.2.4條的要求時(shí)，可不做專門分析計(jì)算，所有洞邊均應(yīng)設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。其他情況洞邊要專門分析或是增加邊梁的措施。

對(duì)無(wú)梁板的分析設(shè)計(jì)時(shí)，樓板中應(yīng)力集中的區(qū)域，不能隨意忽略不管這些應(yīng)力。無(wú)梁樓蓋的有限元分析結(jié)果，在柱頭處會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中，設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不能直接忽略應(yīng)力集中的峰值或者隨意丟棄柱頭應(yīng)力。有限元提供的是點(diǎn)彎矩，柱頭處分布極不均勻，用點(diǎn)彎矩直接計(jì)算配筋是不合適的，對(duì)無(wú)梁板柱帽或是托板范圍內(nèi)配筋宜采用面積的加權(quán)平均值得到的平均彎矩，因此在配筋時(shí)應(yīng)對(duì)有限元的結(jié)果分析統(tǒng)計(jì)后使用?，F(xiàn)在的市場(chǎng)環(huán)境尤其是房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目，對(duì)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性這一塊把控都很嚴(yán)，甚至以降低結(jié)構(gòu)安全來追求經(jīng)濟(jì)性，也出現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)優(yōu)化公司，為了迎合甲方的要求，不從結(jié)構(gòu)的合理性出發(fā)，降低甚至忽視規(guī)范的要求來減小含鋼量。個(gè)別設(shè)計(jì)人迫于甲方的壓力不能堅(jiān)持原則，對(duì)于提出的不合理要求也全盤接受。這對(duì)自己及工程項(xiàng)目都是極不負(fù)責(zé)任的做法，希望行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能回歸到一個(gè)良性、有序的發(fā)展軌跡上來。

3 小結(jié)

無(wú)梁板結(jié)構(gòu)不宜用于直接抵抗水平荷載（風(fēng)荷載、地震作用等）。上部結(jié)構(gòu)采用無(wú)梁板體系時(shí)宜增設(shè)抗震墻，地下室頂板采用無(wú)梁樓蓋可減小層高、方便布設(shè)管道設(shè)備，也需特別注意板柱節(jié)點(diǎn)的沖切承載力設(shè)計(jì)。