探究地下室无梁楼盖结构设计的重点

李主华

（中铁上海设计院集团有限公司天津分院 天津 300073）

引言

随着无梁楼盖的兴起，该结构在地下室尤其是多层地下室得到了普遍的使用。综合考虑社会效益和经济效益，对地下室的结构特征进行充分的分析，结果发现与普通梁板结构相比无梁楼盖更适用于地下室建筑。简而言之，无梁结构就是地板和立柱一起构成了屋顶柱构造，因此楼面的荷载可以直接从屋顶传输到立柱以及底座，减少了传输的距离，降低了建筑模板的使用，增加了建筑面积。值得注意的是，在建筑施工的过程中，必须要对建筑结构的抗震性能进行检测，保证地下室的抗震能力。

1 地下室无梁楼盖的特点

无梁楼盖是板柱双向受力的结构体系，它的楼板属于四点支撑，是双向受力的构造。当楼板出现开裂之前的时期是弹性阶段，但是随着负荷逐渐地增加，裂缝会先从柱帽的顶端处开始，随着横向的延长，裂缝到达板跨中的时候，就会在板底形成更多的裂缝，到最后柱帽的顶端、柱列轴线的跨中板底、板顶出现很多的裂缝，这时钢筋到了受拉屈服的阶段，混凝土也到了极限压应变，此时楼板已经受损严重。在地下室建筑项目中使用无梁楼盖可以降低控制项目的埋深，进而增加了建筑面积，降低电能和通风设备的消耗。从结构方面看，无梁楼盖能够减少基坑支护的花费和开挖的工作量。因此，在地下室建筑项目中，无梁楼盖得到了广泛的应用，建筑设计师在工作过程中应多考虑该结构体系的应用。

2 无梁楼盖的优点

2.1 降低地下室的层高

在地下室使用无梁楼盖，因为结构板厚比梁板式的梁高要小，在管线可以避开柱帽的时候可以增加地下室净空高度，或者净空一样大的时候可以降低地下室的层高。降低层高就可以减少土方开挖和地下水位，从而降低成本。

2.2 增加了建筑的美观性

无梁楼盖顶板结构面由于布局比较简易，而且通风的效果比较好，在施工的操作中管道的布线以及施工非常简单，不但可以让建筑物能够展示出它的使用功能，而且美观性也大大的提高了。

2.3 加快进度，工期缩短

因为无梁楼盖结构与普通梁板式结构相比，结构简单而且传力的途径不长，能够方便钢筋绑扎的操作进行，而且降低了模板施工和土方开挖的工作量，能够加快建筑施工的进程，减少基坑暴露的时间。除此之外，当出现地震的时候无梁楼盖结构受到的威胁更小。

3 地下室无梁楼盖的计算方法

3.1 经验系数法

经验系数法属于无梁楼盖结构中一个简易的算法，工作人员能够不依靠计算工具和设备助手在直接计数的状况下的普遍使用。经验系数法是在实践经验和实证研究的基础上，得出总弯矩的数值，随后乘以弯矩分配系数，最后得到截面弯矩。当计算条件适合于经验系数法的时候，计算过程会十分快捷而且结果会比较精确。经验系数法是按照边跨条件对边跨内力进行确定，分别用0.35M和0.65M对其内力进行分配，所以设计人员要对跨中弯矩M的数值进行精确计算。一旦无梁楼盖结构体系托板和柱帽，特别是内力可能朝支座的方向倾斜，这种状况下位置、板厚以及截面设计的节点要依据长跨进行确定，把计算的模型转化为单向板的模式，X、Y向的要计算荷载。通过经验系数法进行计算要具备以下条件，包括同一方向不低于连续三跨；在同一方向的跨度差值应该小于或等于1.2；每一个单元板的长宽比不超过1.5；活荷载以及恒荷载的比值小于或等于3；在柱网的布置无规律的状态下，柱间的偏离值不能超过跨度的1/10。

3.2 等代框架法

等代框架法是指把一整个无梁楼盖按照纵横柱列的方向分为纵、横两个方向的框架。当等代框架的梁的宽和竖向的承重作用相同的时候，为板跨中心线间的长度。当为水平荷载的时候，为板跨中心线间长度的1/2比较合适。等代框架的梁高与板的厚度一致。等代框架梁的跨度应为lx-2C/3或ly-2C/3，c为柱帽宽度。在计算等代框架的高度时，楼层是层高减柱帽的高，底层是基础顶面到层楼板底面之间的距离减柱帽的高。如果只有竖向荷载的时候，等代框架能够用分层法进行分析，楼板都可视为上层柱的固定远端。就可以把一个等代的多层框架的运算转化为两层或者一层的运算。等代框架法不是在任何情况下都适用，一般在任何一个区格的长跨和宽跨之间的比值小于或等于2的时候才适用。

3.3 有限元分析法

有限元分析法是对无梁楼盖的柱上板带、跨中板带和柱帽的尺寸进行测量，然后将无梁楼盖拆分成多个单元，将单元之间进行变形协调，进而计算出地下室无梁楼盖内力。有限元计算法属于通用的计算方法，得出的结果比较科学可靠。如果计算量比较大的时候通常需要进行大量的数据输入，一般采用PKPM结构系列软件、盈建科软件以及midasbuilding结构计算软件等方式进行计算。

4 无梁楼盖截面设计和冲切计算

4.1 截面设计

如果竖向的荷载背景下对柱帽的无梁楼盖结构进行布置，工程师要对楼盖的穹顶作用进行分析。所得到的截面弯矩都要乘以0.8，除了边支座和跨中以外。楼盖的有效高度应该在同一个单元的两个不同方向的弯矩下，选择对应不一样的高度。如果单元是正形的区格，为各方向的有效高度的算数平均值。

4.2 冲切计算

如果局部荷载和集中反力共同作用下配置箍筋和弯起钢筋的楼盖。它的抗冲切和配置箍筋要与《混凝土结构设计规范》中的规定相符。如果楼盖单跨度大于6cm的时候，或者相邻板跨差距较大的时候，应该综合考虑静荷载和等效静载共同作用再对冲切荷载进行计算，要乘以放大系数作为最终的数值。如果是无梁楼盖的长短跨比值大于4/3的情况，要布置箍筋。

5 结构设计重点

5.1 保证地下室无梁楼盖的端跨设计

在实际操作过程中，屋面的结构形式种类繁多，但是都要保证跨度支撑力距为最大值。如果地板在用经验系数的方法计算了竖向力，那么在后期的设计中，必须要在整个的悬板设计以上，从而确保端跨轴承的平衡性。一般情况下，要保证地下室的墙体承载能力。这种结构的地下室，要将端部的墙带作为基本，从而可以实现弯矩传递，也可以发挥相互作用的功能。所以在对无梁楼盖地下室的设计过程中要重点注意端跨设计。

5.2 整合多种因素对整体结构的影响

地下室的建造过程中应该考虑多方面的因素。首先是屋面的设计，对屋面的设计过程中要结合地下室墙体结构的承载能力和刚度。一般而言，地基的刚度不能太小否则会造成端跨板的弯矩过大。所以要对建筑的整体结构进行综合考虑，得到稳定的地下室结构设计。如果使用经验系数法无底板梁结构设计，因为理论端跨板和现实当中的受力不同，会造成整体结构与实际情况存在差距。无梁楼板结构设计的等效框架法中要对刚性基础进行分析，确保设计图纸的实用性和稳定性。因此，在对地下室顶板的策划过程中要充分考虑刚性的无梁楼盖地下墙作为建筑的整体。通过三种不同的计算方法进行计算，保证建筑的稳定性和安全性。除此之外，要在结构的设计过程中，对侧向土压力、端跨以及地基等不同影响因素进行综合分析。

5.3 无梁楼盖抗冲切设计

地下室无梁楼盖因为跨度比较大、覆土比较厚而且荷载大，同时要承受地下室人防荷载，因此它的厚度是根据冲切计算得出的，而不是板带抗弯设计决定的，不能因为板带配筋截面小就降低板厚，这样容易出现安全事故。加强板柱节点的抗冲切承载力，通常通过以下三个方面：增加板柱节点周围板的厚度或者加上柱帽；使用穿过柱截面布置板内的暗梁，暗梁包括抗剪箍筋和纵筋；使用相互垂直而且通过柱子截面的型钢焊接形成的型钢剪力架。

6 结束语

无梁楼盖的结构因为没有设置梁，构造简洁、传力途径简单、空间利用率高、通风方便而且易于施工，因此近些年该结构体系被大量的应用到了地下室的建筑当中。从结构性能来看，该结构体系的延性比较差，板在柱帽和柱顶端的损害是脆性冲切破坏。根据之前的工程经验，地下室的主要花费集中在的各楼板的结构布置。无梁楼盖能够压缩层高，节约成本，因此极大的推动了我国建筑行业的发展。