关于地下室无梁楼盖顶板结构设计的研究
2015-10-31徐冬哲
徐冬哲
（广东省广州市510000）
关于地下室无梁楼盖顶板结构设计的研究
徐冬哲
（广东省广州市510000）
无梁楼盖结构体系具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、施工方便等优点，目前已经被普遍应用于各种民用建筑之中。本文从无梁楼盖结构的特点及其与梁板结构的差异出发，对地下室无梁楼盖顶板结构设计进行了具体分析，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行之间相互探讨，共同提高。
无梁楼盖；地下室顶板；双向受力；板柱结构
1 引言
随着社会主义经济建设的持续推进以及科学技术水平不断提高，我国人民物质生活条件得到了很大的改善，居民用车呈几何级数增长，为了满足人们日益提高的居住需求和停车需求，房地产市场的高层建筑越来越多，地下室和地下车库的规模不断扩大。地下室的建设需要大量的钢筋和混凝土以及消防设施的投入，在整个工程的建造成本中，地下室及基础的费用可以占到整个工程成本的10～30%，因此地下室构件采用经济合理的结构设计尤为关键。无梁楼盖结构又称板柱结构，楼面荷载直接由板传给柱及柱下基础，是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术，具有明显的经济效益和社会效益，将无梁楼盖结构运用到地下室顶板设计，可有效降低地下室层高、减少地下室总埋深、增加地下室的有效使用面积、降低基坑支护费用、减少基坑土方开挖量，具有十分重要的实际意义。
2 地下室无梁楼盖的特点及其与梁板结构的差异
2.1地下室无梁楼盖顶板与梁板结构在结构设计上的差异
地下室无梁楼盖结构又称板柱结构。无梁盖结构在设计时除去了梁肋的设计，将板直接支承在柱上，改变传统的建筑结构荷载传力方式，楼面荷载直接通过柱子传至基础。无梁楼盖又分为板柱结构和板柱-剪力墙结构，其中板柱结构由楼板、柱和柱帽组成，板柱-剪力墙结构由楼板、柱、柱帽和剪力墙组成。
2.2地下室无梁楼盖顶板结构的特点2.2.1地下室无梁楼盖顶板结构的优点
（1）大大增加了同等层高下楼层的使用空间。将无梁楼盖运用于地下室，可有效降低地下室层高，从而减少地下室总埋深，从使用效果来看，可增加地下室的有效使用面积，增大了楼层净空。就结构本身而言，楼面荷载直接由板传给柱及柱下基础，从而缩短了传力路径；就经济方面而言，地下室无梁楼盖可降低基坑支护费用，减少基坑土方开挖量，节约通风设备和长期供电的投入。
（2）使建筑物的美观得到了体现。无梁楼盖顶板结构顶面布置简单，通风效果良好，建筑工程中的布线以及管道施工十分便利，既实现了建筑物的功能作用也体现了一定的美观性。
（3）加快施工速度，施工周期较短。无梁楼盖顶板结构体系简单，传力路径短捷，方便钢筋绑扎，减少了模板施工和土石方开挖工作量，从而大大提高了施工速度，缩短基坑暴露的时间。
（4）地震效应明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。
2.2.2地下室无梁楼盖顶板的缺点
目前，在地下室的结构设计过程中，无梁楼盖顶板已经得到了越来越广泛的应用，但是其也有一些缺点。主要为其结构延性差，破坏形式为冲切，属于脆性破坏，无预兆。
3 地下室无梁楼盖顶板结构设计的相关研究
3.1计算方法的选择
垂直荷载作用下板柱结构的内力及位移计算方法有经验系数法、等代框架法和有限元法三种。随着现代化建设的发展，传统的经验系数法和等代框架法已经远远达不到现代板柱结构计算的要求。目前由于科技的不断进步，有限元法得到了更加的完善和发展，分析软件发达，计算准确，操作简便，在实际的板柱结构计算中得到了广泛的应用。
3.1.1经验系数法
经验系数法最简单的计算方法之一，设计人员可以不借助任何计算工具而直接手算，因而被广泛采用。需要注意的是经验系数法是在试验研究与实践经验的基础上提出来的，仅仅适用于一定的规则结构，使用经验系数法需满足以下几个条件：
（1）任一区格板的长边和短边之比不大于1.5。
（2）每个方向至少应有3个连续跨。
（3）同一方向上的最大跨度与最小跨度之比不应大于1.2。（4）活荷载为均布荷载，且不大于静荷载的3倍。（5）不规则柱网，柱的偏离值不应大于跨度的10%。
3.1.2等代框架法
等代框架法也是一种手工近似计算的方法，将结构分别沿纵、横柱列两个方向划分，并将其视为纵向等代框架和横向等代框架，然后对其分别进行计算和分析。适用与任一区格的长跨与短跨之比不大于2的结构构件，计算时需要特别注意结构构件自重对柱内内力的影响、活荷载的不利布置、纵向和横向的等代框架均应承担全部作用荷载等几个方面。
3.1.3有限元法
该法是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽的平面尺寸，将结构划分为众多细小单元，然后采用一定的本构关系和边界条件模拟受力过程，最后计算结构的内力。在具体工程中，常用如PKRM中的SLBACAD模块和SPA2000无梁楼盖模块等计算软件进行计算。
3.2各结构构件尺寸设计
3.2.1无梁板厚的取值
《钢筋混凝土升板结构技术规范》（GBJ130-1990）等相关文献对于无梁板厚的取值都有明确规定，例如对于一般的室内停车、办公餐饮等功能房间的非预应力有托板楼板，文献推荐板厚应大于或等于长跨跨度的1/35，而对于一些板上有覆土或其他较重荷载时，板厚应适当加厚。
3.2.2柱帽的取值
柱帽有减小板件计算跨度、保证柱对顶板的冲切等两个方面的作用，其尺寸的取值由顶板配筋、柱对顶板的冲切等各方面因素决定。柱帽的形状有锥形、矩形、锥形与矩形的组合型三种，其中矩形柱帽因施工比较方便、配筋计算容易使用比较广泛。
3.2.3柱尺寸的取值
地下室无梁楼盖顶板结构中的柱截面尺寸的取值对工程造价影响较大，设计中既要满足轴压比的要求，又要考虑经济性。我们以广州市某商业大厦地下室工程为例，该地下工程总建筑面积16000m2，占地面积约4000m2，平面尺寸100m×40m，地上为街心公园，地下共有三层，为停车场，层高3.3m；三层顶板均采用无梁楼盖。由于整个工程面积较大，与主楼相接的2～3跨外的柱按非抗震考虑，经成本核算我们可知，柱的截面尺寸对造价的影响远远大于强度等级的影响。所以在进行无梁楼盖顶板结构设计时，柱截面在轴压力满足要求的情况下尽量最小是最为经济的理想选择。地下室覆土厚度为1.1m，其中8m×8m柱网经济组合建议如表1可示。
表1 8m×8m柱网经济组合
3.3具体的结构设计要点
3.3.1对外墙采取特别设计
外墙是地下室起支撑上部结构、传递结构上下内力并能够同时抵挡侧向土压力的重要结构构件，其作用很大程度上受到板带的影响，因此外墙的设计应根据工程的实际特点选择合理、科学的设计方案。
3.3.2板筋的搭接问题
无梁楼盖结构中板筋的搭接要符合相关建筑规范，设计人员对于无梁板何处地方受拉何处受压要分析得当，为了避免出错可以在施工图中做出详细说明。此外还应特别注意顶板板面的通筋布置和数量，对于长度比较大的和温差有明显的位置，钢筋间距尽量不要大于200。
3.3.3注重建筑材料的规格
无梁楼盖结构的稳定受很多因素的影响，其本身也存在一定缺陷性，例如结构延性较差、无梁板板件抗冲切性较低等，在进行建材选择时应充分考虑到这些因素的影响，合理的选用符合规格和强度的建筑材料，例如混凝土的型号、钢筋的尺寸和型号等。
3.3.4板带配筋
有限元法计算时将楼板分割成较多的有限元单元，并以各单元之间的变形协调为前提，真实地反映出楼板的实际受力过程，计算结果真实可信，应为工程设计的主要依据，但是受力复杂的局部应补充手算复核，配筋应留有余地。
3.3.5挠度及裂缝
由于无梁楼盖板跨较大，且地下室顶板一般有较厚覆土，设计中应注意对板的挠度及裂缝合理控制，满足设计及使用要求。
4 结束语
综上所述，无梁楼盖结构在建筑设计应用中具有显著的社会效益和经济效益，与传统的梁板结构相比更加适用于当前形势下的地下室顶板设计。在计算机高度发达的当今时代，设计单位在对地下室无梁楼盖结构进行设计时，应遵循安全、适用和合理的原则，使建筑地下室设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益。
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TU93
A
1673-0038（2015）16-0023-02
2015-3-29
