不規(guī)則柱網(wǎng)地下車庫頂板樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

丁猛 趙云波

摘要：本項目從經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)高度、施工工期等方面綜合考量，通過對單向雙次梁和無梁樓蓋體系兩種方案進行比選，最終選擇無梁樓蓋體系。由于柱網(wǎng)不規(guī)則，本文采用等代框架法、有限元法對結(jié)構(gòu)進行配筋計算，通過對計算結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)有限元法更適合柱網(wǎng)不規(guī)則的計算情況。

1. 引言

無梁樓蓋最早由美國學(xué)者Turner于1906年設(shè)計，在1961年學(xué)者Corley提出等效框架概念后趨于完善，形成了一套完整的理論體系一直沿用至今。2012年發(fā)布《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T268，2012）對空心樓蓋技術(shù)進行了一次系統(tǒng)的總結(jié)和補充，隨后發(fā)布的現(xiàn)澆空心樓蓋的國標(biāo)及省標(biāo)圖集進一步豐富了我國空心樓蓋技術(shù)體系。筆者將以實際工程案例，介紹不規(guī)則柱網(wǎng)下無梁樓蓋頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2. 工程概況

本工程有4層地下室，其上有56層塔樓及4層裙房，首層即地下室頂板作為為主樓的嵌固部位。地下室頂板根據(jù)建筑功能有不同標(biāo)高，純地下部分頂板覆土2.7m，處于主樓嵌固影響范圍以外，需要考慮消防車荷載。為協(xié)調(diào)周邊地塊的建筑功能，此區(qū)域柱跨分布在13.5m～7.5m范圍內(nèi)，無標(biāo)準(zhǔn)柱跨。

3. 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1結(jié)構(gòu)選型

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式的選擇主要基于以下原因：

a.本工程為后續(xù)二期工程，周邊一期工程的結(jié)構(gòu)形式為無梁樓蓋，無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)形式可以與周圍的結(jié)構(gòu)形式相協(xié)調(diào)。

b.為協(xié)調(diào)周邊地塊柱網(wǎng)，本地塊柱網(wǎng)不規(guī)則，梁板結(jié)構(gòu)方案較復(fù)雜，為控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件高度需配置大量鋼骨構(gòu)件，會增加施工難度影響施工工期。

c.與梁板結(jié)構(gòu)形式相比，無梁樓蓋鋼材用量較少，經(jīng)濟性較好。

d.避免了復(fù)雜的梁、柱節(jié)點做法，更易于施工。與梁板結(jié)構(gòu)相比更容易布置機電管線，提高地下空間利用率。

e.在主樓相關(guān)范圍以外，所受到的水平地震作用較小，避免了無梁樓蓋抗側(cè)能力薄弱的缺點。

3.2設(shè)計參數(shù)

本工程無梁樓蓋區(qū)域處于主樓相關(guān)范圍以外，受水平地震作用較小，故在計算時不考慮地震作用【1】，僅采取相關(guān)構(gòu)造及加強措施滿。例如適當(dāng)增加樓蓋厚度【2】，對提高無梁樓蓋整體抗側(cè)能力有一定作用，但過厚的樓板會造成本身的自重較大，對抗震反而不利;適當(dāng)增加柱帽尺寸，提高板柱節(jié)點的抗沖切能力。地下室頂板混凝土強度等級為C35，恒荷載為覆土荷載：56.7kN/m2;活荷載主要為消防車荷載，考慮覆土及平均板跨折減【3】后取值為22kN/m2。另外根據(jù)相關(guān)研究【4】，本工程可不考慮活荷載不利布置。

3.3結(jié)構(gòu)布置

由于柱網(wǎng)不規(guī)則，本工程依據(jù)柱中線距離來確定頂板厚度，歸并后樓板厚度為600mm、800mm、1000mm。主樓相關(guān)范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)形式為梁板結(jié)構(gòu)，在與無梁樓蓋交界處，布置不小于1.5倍板厚的結(jié)構(gòu)主梁，以主梁輪廓對柱帽及托板進行切割.

3.5計算方法

無梁樓蓋主要計算方法有經(jīng)驗系數(shù)法、等代框架法、有限元法等，根據(jù)本工程實際情況選用等代框架法以及有限元方法進行計算。等代框架法已經(jīng)有一套屬于自己的理論體系，其原理就是將無梁樓蓋這一三維結(jié)構(gòu)以兩個正交方向劃分成一榀一榀的框架。等代框架一般可分為三個組成部分，分別為梁（暗梁）、板構(gòu)成的水平桿件，柱構(gòu)成框架的豎向構(gòu)件，柱帽及托板構(gòu)成水平與豎向的連接構(gòu)件。如前所述，此部分無梁樓蓋結(jié)構(gòu)主要承受豎向荷載，根據(jù)等代框架的定義，等代梁的寬度為板跨中心線的間距的一半，由于柱網(wǎng)的不規(guī)則，梁寬以50為模數(shù)取整。等代梁的高度即樓板的厚度，變截面位置梁高取兩側(cè)板厚的平均值。框架柱的計算高度取值為層高減柱帽及托板的高度。在計算過程中，邊界處封邊梁考慮剛度放大系數(shù)，等代梁則不考慮。樓板采用平面內(nèi)無線剛度假定，結(jié)構(gòu)自重扣除梁板重疊部分。針對本項目，可將柱上板帶等效為暗梁，劃分方式詳圖3-1.【5】

采用YJK軟件對無梁樓蓋采用有限元法計算時，需在柱與柱之間拉結(jié)虛梁，以便于布置樓板及柱帽。在結(jié)構(gòu)計算過程中，虛梁的剛度將被忽略，僅用于正確導(dǎo)算樓面荷載。彈性樓板算法假定樓板平面內(nèi)及平面外剛度均為有限值，程序?qū)⒉捎脷卧嬎銟前宓拿鎯?nèi)和面外剛度，可以真實的模擬樓板的剛度及變形。另外，網(wǎng)格的尺寸對有限元計算結(jié)果有較大影響，本文通過多次試算，最終選用1m的網(wǎng)格進行計算，即能保證計算結(jié)果的精度，又能節(jié)省計算資源。

4. 結(jié)論

通過對不規(guī)則柱網(wǎng)下無梁樓蓋體系兩種計算模型的分析主要得到以下結(jié)論：

（1）等代框架簡化模型傳力路徑明確，計算結(jié)果便于計算配筋，但在一柱多梁的情況下由于梁寬較大，彼此出現(xiàn)較多重疊，導(dǎo)致構(gòu)件剛度重復(fù)計算，部分位置計算結(jié)果異常，對于本工程適應(yīng)性較差。

（2）有限元法計算模型最接近結(jié)構(gòu)的實際受力情況，依據(jù)有限元方法的計算結(jié)果可以兼顧安全性和經(jīng)濟性，故本工程選用有限元法進行無梁樓蓋配筋的計算是合理的。

參考文獻

[1] GB 50011-2010， 建筑抗震設(shè)計規(guī)范. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[2] GB 50010-2010， 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2011.

[3] GB 50009-2012， 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2012.

[4]逯曄，許晶. 地下車庫無梁樓蓋設(shè)計常見問題討論[J]. 建筑結(jié)構(gòu)，2015，45（04）：60-63.

[5]郝文超. 某地下車庫無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[D].河北工程大學(xué)，2017.

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