无梁底板结构设计探析

2017-06-23翁熙

福建建筑 2017年6期

关键词：无梁板带抗冲

翁熙

(福建福大建筑设计有限公司福建福州 350002)

无梁底板结构设计探析

翁熙

(福建福大建筑设计有限公司福建福州 350002)

结合具体工程，探讨无梁底板的结构布置、冲切计算、承台柱帽模型等效、错位板带及柱帽承台的钢筋布置等问题，并基此提出相应的解决方法。

无梁底板结构；冲切；柱帽；板带

0 引言

随着社会对建筑结构使用性、经济性要求的提高以及对施工进度的控制，“无梁结构”的布置形式也随之产生。其优点是上部结构表现在满足同等室内净高的情况下，可以降低楼层高度与增强实用性，在地下室布置时可显著降低材料、人工费用的支出与缩短施工工期。本文结合具体实际工程，就无梁底板设计相关的内容进行阐述。

1 工程概况

“某金融港中心”项目位于福州台江区，坐落于闽江与光明港河交汇处，是一个集商业与办公为一体的综合性建筑群，建筑总平图如图1所示。其征用地面积41 761.0m2，总建筑面积136 581.0m2，其中地上建筑面积105 655.33m2(分1～3#、5#、6#、B1#、B2#共7栋)，地下建筑面积30 925.67m2。基础形式为桩基，采用无梁防水底板结构，地下室水位水头高度3.9m，底板荷载为反向水浮力控制(扣除底板自重后输入模型的反力标准值按33.0kN/m2计算)。本文用反向荷载工况为例来阐述笔者观点。

图1 建筑总平面图

2 无梁结构的布置

无梁结构适用范围：地下室底板抗浮设计水位及楼面使用荷载相对确定，荷载超载的概率也较低，此时把底板做成无梁底板的形式就可以充分地发挥出其自身的优点。首先，无梁底板厚重的楼盖有利于结构抗浮能力的提高；其次，经工程比较，无梁底板的布置方式相对有梁底板可减少约30%的钢筋量，所以在节省材料的同时也相应地减少了工程量；最后在施工方面，采用无梁底板可以省砖模、方便钢筋绑扎以及便于施工设备安装，从而节省相应的人工费且加快了施工的进度。对于顶板的结构形式，笔者建议做成有梁楼板，由于无梁板在结构延性方面的性能较差，一旦使用荷载(局部施工堆载或大型车辆)超过设计极限荷载，就会在柱帽边或柱边形成严重且无征兆的冲切破坏，其后果相当严重，而顶板超载的概率又较底板大得多，故顶板要慎用无梁板布置的结构形式。

嵌固位置对底板布置的影响：当地下室顶板满足嵌固条件(“高层建筑混凝土结构技术规程”12.2.1[1])时，上部结构嵌固在地下室顶板，则主楼下及主楼外部分的地下室底板均可做无梁楼板；当地下室顶板不满足嵌固条件，上部结构嵌固在基础面时，则应在主楼范围及外扩一跨范围做梁板式底板，主楼范围之外做无梁底板，但笔者认为若主楼下的基础对上部结构的柱、墙弯矩有较强的双向约束力时(即为3桩以上的基础形式时)，就可以认为基础对上部的柱墙有嵌固作用，再加上无梁厚底板约束的加强，所以该情况下亦可以做成无梁防水底板结构的形式，以方便施工及节省造价。

3 柱帽冲切计算模型的差异

由于冲切破坏是无延性的脆性破坏，故在无梁底板设计过程中，柱帽的冲切验算是最为关键的一环。该工程使用PKPM中的SLABCAD有限元模块来模拟底板的计算。为了不影响建筑功能的使用，该工程无梁底板做成柱帽在下底板在上的形式，即下柱帽；但软件计算时则默认按上柱帽计算如图2所示，所以会形成在柱帽尺寸及底板厚度均相同时，由于柱帽布置形式的不同，使柱帽在板边的抗冲切承载力存在差异的情况，计算结果如表1所示。由表1可得，下柱帽与上柱帽在柱帽边的抗冲切承载力比值为2 162/2 582=0.837，这主要是由于上、下柱帽在柱帽边冲切锥的面积及柱帽抵消的水反力不同造成的，显然下柱帽冲切锥面积明显小于上柱帽的的冲切锥面积。所以在实际工程设计时，应对不同尺寸类型的柱帽抗冲切承载力进行逐一的手算复核，不能直接利用SLABCAD模块的计算结果，否则就会对底板结构产生较大安全隐患。

图2 不同柱帽形式的冲切

柱截面mm柱帽平面尺寸mm柱帽高度mm—由底板底(面)起算混凝土强度等级500×5002500×2500500C30，P6下柱帽柱边抗冲切承载力4160kN柱帽边抗冲切承载力2162kN冲切锥面积416m2冲切锥面积252m2上柱帽柱边抗冲切承载力4160kN柱帽边抗冲切承载力2582kN冲切锥面积416m2冲切锥面积336m2

注：该工程柱帽抗冲切承载力计算考虑了冲切锥范围内水反力的抵消以及柱底不平衡弯矩对承载力的折减。

4 模型中承台柱帽的等效布置

当承台较大且承台边的冲切满足承载力要求时，就可以把整体承台当成一个大柱帽使用，这时的承台往往不是规则的矩形，而是多边形或其他组合形状如表2所示。通过手算可以较准确地计算柱帽(承台)边底板的抗冲切承载力，但对于底板的抗弯配筋计算较为困难。针对这种情况需要把各类承台等效为柱帽输入到模型中进行计算，以模拟承台尺寸对底板配筋的真实影响，同时作为底板配筋设计的依据，具体等效做法，如表2所示。为方便设计，当柱墙间距较小(板跨不大)且冲切满足验算要求时，可不用输入等效柱帽进行模拟计算，因为小跨度时的底板基本均是构造配筋。

表2 不同形状承台的等效方法

5 错位板带钢筋的布置

由于建筑使用功能上的差异，地下室塔楼与塔楼外的柱网布置往往是不同的，如图3所示，一般会出现塔楼与塔楼外柱网错开布置的情况，这样就产生了错位的板带分布，如图4所示。在一般规则柱网情况下，柱下板带的跨中附加筋及跨中板带的跨中附加筋均是顺轴线布置(即与贯通筋方向平行)，此时底板单面的钢筋层数为双向共2层。当存在柱网错位板带斜向布置的情况时，最直接的方法就是在斜向板带上增设斜向附加筋，虽然这样的布置在受力上会更加直接，但底板势必将多增加一层斜向附加筋，底板单面钢筋总层数将增加到3层(双向错位时可能更多)，这样将会造成底板截面有效高度的减少及施工难度的增加。

综合考虑到以上因素，实际设计把板带上的斜向附加筋方向调整为与贯通筋方向平行布置(电算布筋方向同贯通筋)，分布宽度为板带在贯通筋方向上的交线宽度范围，当柱下板带和跨中板带分布宽度重叠时取二者之大值布置，这样在满足计算配筋的同时，也方便了施工且缩短了工期，如图4所示。

图5 承台柱帽的钢筋布置分别锚入承台1.2La(LaF)，钢筋无需贯通承台布置，该做法优化了钢筋的布置，在节约了造价的同时亦方便了施工。

(2)底板底筋及附加筋在满足“承台宽度B>2La(LaF)+500”的条件时，底板底筋允许断开并分别锚入承台La(LaF)，钢筋无需贯通承台布置，该做法优化了钢筋的布置，在节约了造价的同时也方便了施工。

(3)在承台侧边布置竖向封边钢筋传递剪力：由受力分析可知，底板在水反力的作用下会将弯矩M及剪力V传递给承台，弯矩M可以由底板钢筋传入承台，但向上的剪力V仅能通过素砼传递，而承台素砼的抗拉承载力又较小，所以在底板水反力较大时难免会引起承台混凝土的拉裂破坏。这时可通过把承台底筋直接上弯，或在承台侧边增设竖向封边筋的方式来传递剪力V(类似吊箍受力)，剪力V的数值可在SLABCAD的“有限元内力结果”里查看(应采用组合后的设计值)，最后根据查看的剪力值来确定上弯钢筋的数量或竖向封边筋的配置。由于构造上承台配置的底筋直径均较大，若采用承台钢筋弯起的方式就可能造成钢筋的浪费及施工的不便，故笔者建议采用另增设竖向封边钢筋的方式来传递剪力(间距应配合承台钢筋确定)，该工程实配Φ14@200竖向封边钢筋，可承受770×360/1 000=277kN/m底板传来的承台边剪力。

7 结语

无梁底板相对以往的有梁底板是一种较为经济且较易施工的底板结构形式，其传力的直接性决定了其经济性(底板直接传力于柱、墙构件)。采用柱下板带替代柱间实梁的方式则决定了其易施工的特点(简化了包括基槽开挖、砖模支模、建筑防水、钢筋绑扎等施工工序)，所以无梁底板是一种值得推广使用的一种底板结构形式，具有良好的应用前景。“某金融港中心”于2015年10月设计，同年11月开始施工，经过与施工单位的密切配合，现地下室及大部分主体结构已经封顶。

[1] JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社, 2010.

6 承台形式柱帽的钢筋布置

该工程的无梁底板把桩基承台作为柱帽使用时，采用以下方法进行相关的布筋设计，如图5所示。

(1)底板面筋在承台有配置面筋且满足“承台宽度B>2La(LaF)+500”条件时，底板面筋允许断开并

Analysis of flat-slab structures in basement

WENGXi

(Fujian Fuzhou University Architectural Design Co.Ltd,Fuzhou 350002)

Combined with engineering cases, this paper discusses problems on the flat slab structure of basement floor of structure layout ,punching calculation ,model equivalent of bearing platform ,reinforcing steel arrangement of misplaced strip and bearing platform.This paper also puts forward available methods to solve these problems.

Flat slab structure of basement floor;Punching; Column cap; Strip