建筑工程地下室无梁楼盖结构设计研究

2019-04-22赵鹏湖南省邮电规划设计院有限公司湖南长沙410126

中国房地产业 2019年7期

文/赵鹏湖南省邮电规划设计院有限公司湖南长沙 410126

无梁楼盖为双向受力的板柱结构，结构简单，而且施工方便，空间利用率较大，便于后期管线布设。不过楼板厚度大，增加了混凝土材料的使用量，而且结构延性差，极易产生脆性冲切破坏。综合分析，无梁楼盖的结构性能较好，而且应用成本较低，因此被广泛应用。若能够优化结构设计，可弥补上述不足，达到刚度和强度等的设计要求。

1、项目概述

以某建筑工程为例，为高层建筑，高度大约为94m，地下室1层。地下室部分的长度参数为370mm；宽度为240mm；顶板覆土厚度参数为1.2m；柱截面参数为600mm ×600mm；分布间距大小为8000mm ×8000mm；梁板柱使用的混凝土材料，等级为C30，使用型号为HRB400钢筋。现结合此工程，对不同顶板结构设计方案的经济性，进行对比分析。

2、建筑工程地下室无梁楼盖结构设计要点

2.1 设计选型

方案1：设计为梁板楼盖。顶板结构设计为井字梁，框架梁的大小为400 ×800mm；在1/3跨位置布置一道次梁，大小为300 ×600mm，板厚度为180mm。通过软件计算获得楼盖施工参数，如表1所示。

方案2：无梁楼盖。对于柱帽设计为矩形顶板形式，截面大小为3000mm ×3000mm，厚度参数为400mm；柱帽位置的板厚参数为700mm，为冲切控制[1]。采用有限元分析法，计算得到配筋参数如表2所示。使用的钢筋，总量为39kg/m2；使用的混凝土，总量是29m3，单位使用量为0.44m3/m2。

对比结果：1）施工难度。无梁楼盖结构用于支撑楼板的墙柱桩荷载显著减小，而且竖向构件截面有所减小，由于配筋量减少，进而节约了构件成本。除此之外，便于管线施工。2）结构受力。选择无梁楼盖结构，其最小层高降低0.4m，结构的性能更好。3）施工成本。选择无梁楼盖结构，其用钢量有所减少，减少了23.5%。虽然混凝土使用量增加，增加了41.9%，不过总体来说施工成本降低，具有应用的优势。

2.2 无梁楼盖计算分析

目前，在地下室无梁楼盖结构设计中，开展无梁楼盖的计算时，可运用的方法较多。具体如下：1）经验系数法；2）有限元模型计算；3）等代框架法。其中，有限元模型计算法的应用较为广泛，适用的情况较多。在实际操作中，使用SAP2000以及SLABCAD软件等。不同软件的应用优势不同，比如SAP2000的应用，虽然计算效率和质量高，但无法生成相对直观的计算结果，因此在具体计算以及分析中，还需要结合使用其他软件。在进行地下室无梁楼盖设计时，要结合设计内容，合理选择相应的计算方法和软件，保证计算结果的真实性和有效性。

2.3 地下室无梁楼盖设计

2.3.1 PM模型输入

开展无梁楼盖结构设计，使用PMCAD软件，开展建模作业时，需要输入等代梁或虚梁。一般来说，虚梁为截面大小为100mm×100mm的矩形混凝土梁。设置虚量，可助力SLABCAD软件操作，借助PMCAD进行前期处理时，自动化读取并且接收各类信息，比如楼板外边界数据信息，进而提高楼板单元划分的效率。由于梁没有刚度，因此开展分析计算时，使用的软件，其前期处理程序，可以自动将虚梁删除。有限元计算分析的过程中，处理程序能够自动屏蔽厚度大小相同的等代梁。对普通梁，利用软件的自动处理程序，能够自动分析其刚度[2]。

2.3.2 板带设计和验算

一般来说，开展板带设计以及计算，多采取以下方法：1）根据PM中，所输入的等代梁相关信息，比如位置以及宽度，开展板带划分。2）运行程序，根据预设的宽度比值，开展板带自动划分。一般来说，竖向应力，要对计算获得的结果进行配筋。具体操作时，依据SATWE计算所得的结果，通过有限元以及水平应力大小，开展相应的计算。根据设计中指定的方式，进行板带划分。接着，进行板带边界调整，优化设计板带的宽度。在进行调整的过程中，要同步调整跨中以及柱上的板带。采取此做法，是因为预设的处理程序，难以先调整柱上板带，再依据调整值进行跨中板带的调整。经过调整后，在板带位置以及方向中，能够查看柱上板带X向和Y向，以及跨中板带Y向以及X向。

2.3.3 复杂楼板的计算

对复杂楼板的计算，利用有限元分析。一般来说，程序中含有大量单元，比如壳单元与板弯曲单元。普通建筑工程，多使用板弯曲单元，开展弯曲度的细致化分析。运行处理程序时，选择“楼板修改”功能模块，进行后续操作。其为PMCAD的补充项，当输入异行房间的洞口无法正常使用，则可以利用此功能。在进行设计时，若需要对板顶原设计计算获得的弯矩系数，进行相应的调整，或需重新设定，必须要考虑到负弯矩区域由于形成的塑性线所造成的内力重分布，通过调整板底弯曲放大系数，实现正弯矩的调整[3]。