浅谈地下室底板无梁楼盖的设计

林锦灼

摘要：随着市场经济的发展进程不断加快，人们生活水平的不断提高，对于在居住环境中的地下室建设需求也越来越高。在我国高层建筑中地下室底板的施工大多采用的是有梁楼盖，但这种施工形式的施工工艺复杂且用时长，为工程的建设带来了很大程度上的不便。本文借助广厦GSSAP对地下室底板的结构分析与设计的一个实例，为相内人士提供一些帮助。

关键词：地下室底板、无梁楼盖结构、有限元计算、广厦GSSAP

引言：

在建筑工程中无梁楼盖结构又称为板柱结构，这是因为楼面荷载的设计是直接由板传递给柱再传递给柱下的。无梁楼盖结构实现了缩短传递应力的路径，在很大程度上增大了楼层的净空。这就意味着此种结构与传统的有梁式结构相比，它的整体结构性更好、建筑空间更大甚至还有可能增加层高的优势。

1. 方案比较

在建筑工程中，地下室的底板的设计一般采用的是梁板结构。然而，在对其的施工过程中梁板需要做砖模，梁板结构的施工工序复杂，工期长，且不利于地下室底板的防水。无梁楼盖是当前对地下室底板设计中常用一种结构形式，它的结构特点是没有梁系设置，而是由板面载荷将应力传递给柱。这样的板柱结构不仅可以有效的降低地下室整体结构的高度，还可以减少地下室梁土方开挖、砖模砌筑、底板的土层夯实等施工工序，这就意味着垫层以及防水的设置将更加便捷。此外，无梁板结构的自身设置也较为便捷，像是钢筋的绑扎就很简便。双向板与无梁楼盖的应用方式存在着很多联系，像是跨度、荷载、施工进度、施工工序、经济性、美观性以及抗震能力等。据相关学者分析，在建筑工程中当活荷载大于5.0kN/m2时，地下室底板的无梁式楼盖就比有梁式楼盖更具经济性。这是因为建筑工程中地下室的底板设计通常要考虑到地下水浮力的影响，如果活荷载较大那么有梁式的楼盖的建设经济效益就相对高一些。

2. 相关计算分析

无梁楼盖的内力分析方法有按弹性理论和按塑性理论两种，按弹性理论计算有薄板法、经验系数法、等代框架法、有限元计算法等，其中等代框架法和有限元计算法是工程设计中常用的计算方法。

2.1等代框架法

等代框架法是将结构分别沿纵横柱列方向划分为具有"框架柱"和"框架梁"的纵横向框架。将无梁楼盖板视为梁，其宽度为：当竖向荷载作用时为板跨中心线间的距离；当水平荷载作用时为板跨中心线距离的一半。等代框架梁的高度即板的厚度。当不满足经验系数法的条件时，可采用等代框架法。等代框架法的适用范围为任一区格跨度比不大于2。

2.2有限元计算法

有限元法是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽尺寸，将无梁楼盖划分成若干细小单元，用板壳单元有限元程序进行求解。实际工程中常用PKPM的SLABCAD软件与广厦CAD通用有限元分析GSSAP软件进行建筑工程的地下室底板设计。相对于经验系数法和等代框架法，PKPM和广厦CAD能考虑柱帽和洞口对刚度的影响；水平荷载作用下的内力；上下层结构对楼板的影响；按规范划分板带，并进行板带的裂缝、应力、挠度验算以及柱子、柱帽的冲切验算；进行节点配筋和板带配筋。

2.3实例

某工程一层地下室车库（非人防），室外地面标高-0.300m，地下室底板面标高为-3.500 m，柱网8.5m×8.0m，初定底板厚度为500mm。通过广厦CAD进行模型建立和GSSAP有限元分析计算。

广厦图形录入系统中，在柱墙之间布置宽度为0的虚梁以形成板，板须在其设计属性中指定計算单元为壳元。由于板上集中荷载和线荷载只能加到板边缘，因此若要在板中加集中荷载或线荷载（如防火分区墙），先在相应位置增加虚梁，集中荷载或线荷载加在虚梁上。由于水荷载不就与活荷载在同一工况考虑，在底板荷载录入时，分两个不同工况计算模型进行计算，①向上水压力（恒载）+重力恒载。②重力恒载+活荷载。柱对板的冲切验算时中柱和角柱可自动判定，边柱要人工在录入系统的柱属性中指定。通过计算，在图形方式的板壳结果中分别查看①②两个模型的每个节点两个方向弯矩和配筋包络，X向底筋的方向为钢筋线的方向为X向，Y向底筋的方向为钢筋线的方向为Y向。对比①②两个模型的结果，按结果大的进行配筋，配双层双向14@150钢筋网，柱上板带支座板底另加12@300钢筋（隔一布一），裂缝挠度均满足规范要求。柱对板冲切剪切比，①②两个模型结果柱板冲切比均大于1.0，满足了冲切的要求。如果冲切比<1.0为不满足要求，要设置柱帽。柱帽在录入系统中设置，可结合基础的承台来辅助柱位置的加厚设计，既满足了底板结构基础的需要，又满足了冲切的要求。

3. 构造要求

地下室底板当要满足防水、抗渗要求时，应设计成防水混凝土，抗渗等级不得小于P6；厚度不少于250mm；裂缝宽度不得大于0.2mm，并不得贯通；迎水面的钢筋保护层不少于50mm。地下室底板的垫层混凝土强度等级不应小于C15，厚度不应少于100mm，在软弱土层中不应少于150mm。当地下室底板的伸缩缝的间距超规范要求时，应采取有效的抗裂措施，如：添加微膨胀剂，使混凝土成为补偿收缩抗裂混凝土；加大结构的构造配筋率；严格把好原材料质量关；严格混凝土的浇捣、养护等。地下室底板配筋宜细而密，钢筋间距宜在100～200mm范围内。

4. 总结

本文通过对设计方案的比较、相关计算方法的分析以及设计构造的要求，来阐述在地下室底板设计中要注意的问题。本文通过实际工程设计，阐述运用广厦CAD程序对地下室底板无梁楼盖的结构设计过程，并提出一些建议。地下室底板无梁楼盖，从设计角度看，计算简单，工作量相对较小；从施工角度看，施工方便，减短施工工期。

参考文献：

[1]GB50009-2012，建筑结构荷载规范.

[2]广东省建筑设计研究院，深圳市广厦软件有限公司，建筑结构通用分析与设计软件GSSAP说明书.2011（05）.

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[4]贾树华.浅谈地下室底板无梁楼盖设计[J].广东建材，2012，02：57-58.