地下室无梁楼盖结构设计

洪朝德

[摘要]本文主要阐述了地下建筑采用无梁楼盖的优点，简单介绍无梁楼盖的设计方法，并结合工程设计经验提出一些设计中的建议。

[关键词]无梁楼盖结构；设计方法；有限元

文章编号：2095-4085（2016104-0031-02

无梁楼盖结构是近年来建筑设计中比较常见的一种结构体系。对于地上结构，由于无梁楼盖（板柱结构）抗震性能较差，其适用性有一定局限性。对于地下建筑，其抗震要求较低，又由于无梁楼盖施工简便，经济效益高，在地下建筑中得到普遍应用。

1.无梁楼盖结构的优点

1.1造价相对较低

地下室车库柱网一般情况下较为规整，采用无梁楼盖的结构造价比梁板结构略低。

现以某工程为例，取最典型的8m×8 m柱网，首层1.5m覆土，首层活荷按8.0kN/m²计算，对其地下室顶板四种结构方案比较如表1：

由表1可知：无梁楼盖方案在三种方案中造价略低。相对前两种方案，考虑无梁楼盖表面积较小，柔性外防水、施工模板造价相对较低，其综合造价优势明显。

1.2一定情况下可减少地下室层高

采用无梁楼盖时，由于结构板厚小于梁板式的梁高，在管线能避开柱帽的前提下，可获得较大的地下室净空高度，或净空相同时可降低地下室层高。降低地下室层高可减少土方开挖和地下水位，减少部分造价。

1.3施工便利

相对于梁板式结构，无梁楼盖表面平整、表面积较小，柔性外防水施工及模板施工时简便快捷，管道铺设方便。

综上所述，在地下建筑中采用无梁楼盖可获得较好的综合效益。但不适用于有较多楼板开洞、柱网不规则的结构。

2.无梁楼盖结构设计方法

2.1经验系数法

经验系数法是运用弯矩分配系数，算出板的总弯矩再乘以弯矩分配系数得出各控制截面的弯矩值，要想充分发挥此种设计方法的作用，设计人员需要遵循着相应的条件：首先，要保证无梁楼板结构每个方向都应该达到或超过三个连续跨；其次，无论是哪一个长跨或短跨之间的比值都应该在1.5之内；再次，若方向相同，最大与最小跨度之间的比值要控制在1.2之内，同时保证两端跨度不能超过内跨。

2.2等代框架法

相比经验系数法，采用等代框架法的优点为不受各跨跨度的限制，可考虑到大小跨对内力的影响，并对任何位置可只抽出单跨来进行验算。此种设计方法简单的说就是设计人员将整个结构依照纵向柱子分为纵向等代框架，而后按照横向柱分为横向等代框架。

无梁楼盖中柱上板带与跨中板带的计算特点如下：

（1）柱上板带的分布范围为柱边各L/4（L为柱跨）；跨中板带的分布范围为柱跨中间L/2；

（2）对于支座截面负弯矩，柱上板带的弯矩分配比例为0.75，跨中板带的弯矩分配比例为0.25；对于跨中截面正弯矩，柱上板带的弯矩分配比例为0.55，跨中板带的弯矩分配比例为0.45；

2.3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。设计人员需借助有限元法进行计算分析，比较常用的软件有PKPM/SAP2000等。在此笔者以PKPM软件为例，对如何运用有限元计算方法进行分析。第一，建模之前需要设计人员进行相应的处理，通过运用PMCAD进行人机交互，将相应的数据信息输入其中，柱与柱之间要设计矩形截面虚梁，但是如果是边界位置或者是开洞位置则应该设计实梁最佳，预先最好这些工作，能够在软件处理时可以非常方便的将所有的边界信息都读出来；第二，设计人员需要借助该软件中的SATWE来完成整体结构的三维设计，因为SAT-WE能够对中楼板弹性变形进行计算分析，所以效果比较好；第三，在三维计算分析后，还需用SATWE程序中附带的厚板分析程序SLabCAD对无梁楼盖进行进一步的分析，SLabCAD可以处理均布面荷载和均布线荷载作用下的楼板内力计算和配筋。

3.无梁楼盖结构设计要点

（1）等效框架法相对经验系数法适用范围广、准确性高，相对有限元计算简便，可编制EXCEL表格进行手工计算，在实际工程设计用被普遍应用。当采用等效框架法计算得出弯矩后，对柱上板带各截面进行配筋设计，并按强度计算得到的配筋进行裂缝验算，其中迎水面裂缝限值为0.2mm（保护层厚度为50mm，计算时可取保护层30mm，但需保证计算有效高度与实际相符），背水面裂缝限值为0.3mm。一般情况下，非人防地下室底板的迎水面的钢筋均由裂缝控制；

（2）支座计算配筋较大，可采用另加钢筋的方法，另加钢筋伸出柱帽长度不小于柱帽间净跨的1/4，当另加筋直径较大（如并筋）时，伸出长度不宜小于柱帽间净跨的1/3；

（3）根据等代框架计算公式可知，跨中板带支座配筋为柱上板带支座配筋的1/3。当支座配筋的另加筋超过拉通筋2倍以上时，需计算跨中板带支座钢筋的另加筋；

（4）柱帽的高度由抗冲切计算确定，同时需满足与板厚之比的三次方之比大于5，以作为无梁楼盖计算跨度的支座（此时无梁楼盖计算跨度）。对于边支座，由于边支座为简支，理论上可以发生转动，故对于边跨柱帽（平面内多桩承台除外），无梁楼盖计算跨度应算至墙柱边；

（5）对于不规则的柱网，尤其是多边线、锐角三角形的柱网，建议采用梁板式结构，或局部位置加梁使其不要出现锐角多边形。对于多边形的柱网或平面有较多较大开洞的无梁楼盖，建议采用有限元算法分析其内力，按计算结果配筋并加强洞口四周的配筋。

4.结语

无梁楼盖建筑结构体系与其他建筑结构体系相比具有非常多的优势，比如建筑空间比较大，能够在一定程度上增加层高，施工支撑也非常简单，钢筋绑扎工作也不复杂，使用的安装设备也非常方便，施工速度也比较快，但是此种建筑结构类型受力复杂需要设计人员精心进行计算，同时抗震性能也比较差，需要设计人员在现有条件的基础上提升无梁楼盖的抗震性能，这样才能够保证整体设计科学合理。