无梁楼盖地下室安全性鉴定要点探讨

陈虹丽

（福建省建研工程检测有限公司；福建省绿色建筑技术重点实验室）

0 引言

无梁楼盖又称板柱结构，典型特征为楼盖内部无框架梁，因其简洁直接、净空利用率高、造型美观、有利于通风、便于布置管线和施工的优点，常运用于地下室，大型商超等建筑。近年来我国发生多起地下室无梁楼盖连续倒塌事件，引发了工程界的广泛关注，为此对无梁楼盖的相关鉴定显得尤为必要，但目前关于无梁楼盖地下室的鉴定经验较少，本文以实际工程为背景，探讨无梁楼盖地下室在安全性鉴定时的要点。

1 工程概况

本文所举工程实例为某楼盘地下室，其中主楼下地下室为框架-剪力墙结构，主楼外为单层板柱结构地下车库，车库部分面积约为39000m2，柱距为8.1m，平面轴线尺寸约为164m×270m，采用带柱帽的无梁楼盖。因在使用过程发现顶板存在露筋、开裂等问题，故对该地下室进行了结构安全性鉴定。

2 鉴定程序

本工程大致检测鉴定程序与常规民用建筑鉴定基本一致，主要流程如图1 所示。

3 检测鉴定要点及难点

同一般梁柱结构相比，无梁楼盖地下室鉴定的重点和难点主要体现在荷载调查和结构分析上。

3.1 荷载调查及取值

图1 本工程鉴定程序流程图

随着人们对居住环境要求的提高，商品住宅楼户外基本均有景观花园、娱乐活动设施，其中不乏大型乔木、喷泉等，因此地下室顶板上大面积覆土及其上植被的重量在鉴定过程中不容忽视。同时，消防车荷载也是地下室荷载的重要组成部分，因此消防车道及消防车停靠点位置均应进行调查。

3.1.1 实际荷载调查、检测

检测前应深入查看总平图、建筑图、结构图、景观设计图、消防设计图，以对顶板覆土厚度、绿化及消防车道布置等情况有基本了解，再根据现场条件进行检测，其中覆土层厚度的检测，可以通过实地标高测量结合局部开挖的方式进行，消防车通道则通过工程测绘进行核对。

本工程地下车库顶板设计覆土厚度主要为1.50m～2.00m，个别厚度在2.00m 以上，最大覆土厚度为2.60m，其中地下车库顶板面设计绝对标高为3.20m，路面区域绝对标高多数为4.60m～4.80m，种植区域绝对标高多数为4.70m～5.80m。现场开挖部分天窗井附近种植区域，直接测量覆土厚度，开挖部位示意图详见图2。检测结果表明，个别位置覆土厚度较设计偏厚，其余覆土厚度与设计覆土厚度基本相当。同时抽取部分路面及绿化地面，分别测量其表层标高与顶板板底标高，利用路面或地面标高减去顶板板底标高及板厚设计值，得出实际地下车库覆土厚度及顶板板面防水构造层厚度（H1+H2），数据表明，实测路面区域地下车库顶板覆土厚度与设计基本相当。经过现场测量，消防通道、景观喷泉等位置亦基本与设计相符。

图2 开挖部位示意图

3.1.2 板面恒载的取值

本工程顶板恒载主要由覆土重量，顶板装修荷载组成。根据检测结果，覆土厚度可按设计取值，考虑到种植土在雨季的水含量基本达到饱和，覆土的容重按20kN/m2考虑，装修荷载按实际情况考虑。因设计图纸中仅有标高示意，各处设计覆土厚度需经过计算得到，对于偌大的地下室，一一计算覆土厚度显然是不切实际。为简化荷载计算，本工程对不同覆土厚度的土重及装修荷载进行加权换算，发现覆土厚度在1.0m～2.0m 时，加权容重在18.84～19.26kN/m2之间，因此可通过计算室外地面与顶板板面的标高差，乘以加权容重19kN/m2，得到板面恒载的近似值。

3.1.3 消防车荷载取值

根据《建筑结构荷载规范》GB 50009－2012[1]规定，无梁楼盖柱网不小于6m×6m 时，消防车荷载标准值应取20.0kN/m2，同时应按附录B 考虑覆土厚度对消防车活荷载的影响，本工程中覆土厚度对消防车荷载的折减系数为0.9。

此处值得一提的是，当消防车道仅占某块板的一部分时，不应按车道所占面积与板块总面积的比例对消防车荷载进行等效或折减，因为消防车荷载本身已是等效均布荷载，再一次等效有欠合理，同时消防车在紧急情况下，稍微偏离车道行驶不可避免，故消防车荷载作用区域不宜抠得过紧[2]。

3.2 结构分析

无梁楼盖没有梁，结构受力特点与一般梁柱结构有所不同，因此在结构计算、计算软件的实现等方面也有所不同。

3.2.1 计算方法选择

一般梁柱结构作用在楼板上荷载可近似地认为先传到梁上，再由梁传递给柱，而无梁楼盖板上的荷载是通过板直接传给柱。导荷方式的不同，导致常用的平面导荷计算方法并不适用于板柱结构，林同炎教授指出：无梁板必须首先在一个方向（单向板）传递全部荷载，然后在另一个方向再完全一样地传递一次全部荷载[3]。

无梁楼盖的设计方法主要有经验系数法(直接设计法)、等效框架法、有限元法。本工程采用有限元法，在上部结构计算时，板上的荷载是通过板的有限元计算导算到周边杆件，即板上荷载不仅传到周边梁墙，也同时传给柱，且不仅有竖向荷载，还有弯矩和扭矩[4]。相较于平面导荷计算，有限元计算所得柱的受力增加，梁承受的荷载将减少，这更符合板柱结构实际工作状况。

3.2.2 分析软件上实现

⑴建模方式：无梁楼盖在构建模型时，可采用等代梁法或者虚梁法。前者是将柱上板带按等截面框架梁输入，跨中板带按楼板输入，后者则是以虚梁连接轴网，为有限元划分楼板时起辅助作用。本工程选取的是虚梁法建模。

⑵板单元类型：对平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的面外刚度影响[5]，因此程序计算时，应采用弹性板。此时，应注意不再考虑梁的刚度放大系数或者连梁的刚度折减。

⑶板与梁变形协调：有限元法以单元之间的变形协调为前提，故应保证梁与弹性板变形协调，即板与梁相接的端节点及中间节点均是联系在一起工作的。SETWE的V3.1 版之后的版本删除了“弹性板与梁变形协调”参数，程序内部强制对弹性板按考虑弹性板与梁变形协调处理，而YJK 中则需要勾选参数“梁与弹性比变形协调”，否则板只在梁端节点和梁连接，那么梁对竖向构件（柱、墙）的约束必然也不够准确，导致计算错误。

3.2.3 抗冲切验算

无梁楼盖的受力特点决定了抗冲切验算是对其分析的一大重要环节。无梁楼盖鉴定时，除应计算柱对柱帽的冲切，还需计算柱帽对托板、托板对平板的冲切。

⑴抗冲切承载力

根据《混凝土结构设计规范》GB 50010－2010[6]对于不配置箍筋或弯起钢筋的非预应力混凝土板抗冲切验算的公式⑴为：

其中对于板柱节点冲切力Fl，取柱所承受的轴向压力设计值的层间差值减去柱顶破坏椎体范围内板所承受的荷载设计值。

⑵不平衡弯矩的影响

板、梁与柱之间存在着弯矩传递，在竖向荷载作用下，由于两跨荷载不同或跨度不同等原因，柱子两边梁（板）就会出现弯矩不平衡。在梁柱结构中，这部分不平衡弯矩由梁直接传递给柱子以达到节点平衡，板基本上不参与弯矩直接传递。而无梁楼盖在节点处与柱的弯矩传递只能通过平板完成，但平板与柱直接产生的弯矩传递是局部且部分的，大部分宽度的板是通过局部板条受扭与柱间接作用，尚有另外一部分弯矩则由冲切临界截面上的竖向剪应力来传递，即由剪应力的不对称分布，来抵抗的这部分不平衡力矩，这部分弯矩称为不均匀冲切受剪传递弯矩或剪应力传递不平衡弯矩[3]。因此在板柱结构的抗冲切承载力复核验算时，应考虑节点计算截面上的剪应力传递不平衡弯矩的影响。

《混凝土结构设计规范》GB 50010－2010 以Fl,eq代替Fl来考虑这部分影响，附录F 给出在传递双向不平衡弯矩的板柱节点等效集中反力Fl,eq计算方法，如公式⑵所示：

本工程设计人员在抗冲切设计时，仅计算框架柱“所管面积范围内”的竖向荷载产生的Fl，未考虑覆土厚度、大型植被、消防车道等在板面上不均匀分布引起的不平衡弯矩影响，导致复核验算时个别柱帽抗冲切承载能力不足，应引以为戒。

4 结论及建议

对于无梁楼盖地下室的安全性鉴定，建议特别注意以下几点：

⑴开展检测鉴定前，应深入阅读设计施工图，对结构本身及其上荷载有初步了解；

⑵宜采取多种检测手段对板面上的覆土厚度、大型植被、构筑物、消防车道等布置进行复核，必要时，需对施工阶段的堆载情况进行调查。

⑶应了解板柱结构的受力特点，选择正确的计算模型。

⑷结构分析时对可能出现消防车、大型货运车辆等重型车辆的地方，不能遗漏荷载，并充分考虑其路线变化的可能性；

⑸遵循“强柱弱梁更强节点”的原则，抗冲切验算时，应考虑板面上不均匀荷载引起之不平衡弯矩的影响。