淺談地下室底板無梁樓蓋的設(shè)計

林錦灼

摘要：隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展進程不斷加快，人們生活水平的不斷提高，對于在居住環(huán)境中的地下室建設(shè)需求也越來越高。在我國高層建筑中地下室底板的施工大多采用的是有梁樓蓋，但這種施工形式的施工工藝復(fù)雜且用時長，為工程的建設(shè)帶來了很大程度上的不便。本文借助廣廈GSSAP對地下室底板的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的一個實例，為相內(nèi)人士提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：地下室底板、無梁樓蓋結(jié)構(gòu)、有限元計算、廣廈GSSAP

引言：

在建筑工程中無梁樓蓋結(jié)構(gòu)又稱為板柱結(jié)構(gòu)，這是因為樓面荷載的設(shè)計是直接由板傳遞給柱再傳遞給柱下的。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了縮短傳遞應(yīng)力的路徑，在很大程度上增大了樓層的凈空。這就意味著此種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的有梁式結(jié)構(gòu)相比，它的整體結(jié)構(gòu)性更好、建筑空間更大甚至還有可能增加層高的優(yōu)勢。

1. 方案比較

在建筑工程中，地下室的底板的設(shè)計一般采用的是梁板結(jié)構(gòu)。然而，在對其的施工過程中梁板需要做磚模，梁板結(jié)構(gòu)的施工工序復(fù)雜，工期長，且不利于地下室底板的防水。無梁樓蓋是當前對地下室底板設(shè)計中常用一種結(jié)構(gòu)形式，它的結(jié)構(gòu)特點是沒有梁系設(shè)置，而是由板面載荷將應(yīng)力傳遞給柱。這樣的板柱結(jié)構(gòu)不僅可以有效的降低地下室整體結(jié)構(gòu)的高度，還可以減少地下室梁土方開挖、磚模砌筑、底板的土層夯實等施工工序，這就意味著墊層以及防水的設(shè)置將更加便捷。此外，無梁板結(jié)構(gòu)的自身設(shè)置也較為便捷，像是鋼筋的綁扎就很簡便。雙向板與無梁樓蓋的應(yīng)用方式存在著很多聯(lián)系，像是跨度、荷載、施工進度、施工工序、經(jīng)濟性、美觀性以及抗震能力等。據(jù)相關(guān)學者分析，在建筑工程中當活荷載大于5.0kN/m2時，地下室底板的無梁式樓蓋就比有梁式樓蓋更具經(jīng)濟性。這是因為建筑工程中地下室的底板設(shè)計通常要考慮到地下水浮力的影響，如果活荷載較大那么有梁式的樓蓋的建設(shè)經(jīng)濟效益就相對高一些。

2. 相關(guān)計算分析

無梁樓蓋的內(nèi)力分析方法有按彈性理論和按塑性理論兩種，按彈性理論計算有薄板法、經(jīng)驗系數(shù)法、等代框架法、有限元計算法等，其中等代框架法和有限元計算法是工程設(shè)計中常用的計算方法。

2.1等代框架法

等代框架法是將結(jié)構(gòu)分別沿縱橫柱列方向劃分為具有"框架柱"和"框架梁"的縱橫向框架。將無梁樓蓋板視為梁，其寬度為：當豎向荷載作用時為板跨中心線間的距離；當水平荷載作用時為板跨中心線距離的一半。等代框架梁的高度即板的厚度。當不滿足經(jīng)驗系數(shù)法的條件時，可采用等代框架法。等代框架法的適用范圍為任一區(qū)格跨度比不大于2。

2.2有限元計算法

有限元法是根據(jù)無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶及柱帽尺寸，將無梁樓蓋劃分成若干細小單元，用板殼單元有限元程序進行求解。實際工程中常用PKPM的SLABCAD軟件與廣廈CAD通用有限元分析GSSAP軟件進行建筑工程的地下室底板設(shè)計。相對于經(jīng)驗系數(shù)法和等代框架法，PKPM和廣廈CAD能考慮柱帽和洞口對剛度的影響；水平荷載作用下的內(nèi)力；上下層結(jié)構(gòu)對樓板的影響；按規(guī)范劃分板帶，并進行板帶的裂縫、應(yīng)力、撓度驗算以及柱子、柱帽的沖切驗算；進行節(jié)點配筋和板帶配筋。

2.3實例

某工程一層地下室車庫（非人防），室外地面標高-0.300m，地下室底板面標高為-3.500 m，柱網(wǎng)8.5m×8.0m，初定底板厚度為500mm。通過廣廈CAD進行模型建立和GSSAP有限元分析計算。

廣廈圖形錄入系統(tǒng)中，在柱墻之間布置寬度為0的虛梁以形成板，板須在其設(shè)計屬性中指定計算單元為殼元。由于板上集中荷載和線荷載只能加到板邊緣，因此若要在板中加集中荷載或線荷載（如防火分區(qū)墻），先在相應(yīng)位置增加虛梁，集中荷載或線荷載加在虛梁上。由于水荷載不就與活荷載在同一工況考慮，在底板荷載錄入時，分兩個不同工況計算模型進行計算，①向上水壓力（恒載）+重力恒載。②重力恒載+活荷載。柱對板的沖切驗算時中柱和角柱可自動判定，邊柱要人工在錄入系統(tǒng)的柱屬性中指定。通過計算，在圖形方式的板殼結(jié)果中分別查看①②兩個模型的每個節(jié)點兩個方向彎矩和配筋包絡(luò)，X向底筋的方向為鋼筋線的方向為X向，Y向底筋的方向為鋼筋線的方向為Y向。對比①②兩個模型的結(jié)果，按結(jié)果大的進行配筋，配雙層雙向14@150鋼筋網(wǎng)，柱上板帶支座板底另加12@300鋼筋（隔一布一），裂縫撓度均滿足規(guī)范要求。柱對板沖切剪切比，①②兩個模型結(jié)果柱板沖切比均大于1.0，滿足了沖切的要求。如果沖切比<1.0為不滿足要求，要設(shè)置柱帽。柱帽在錄入系統(tǒng)中設(shè)置，可結(jié)合基礎(chǔ)的承臺來輔助柱位置的加厚設(shè)計，既滿足了底板結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的需要，又滿足了沖切的要求。

3. 構(gòu)造要求

地下室底板當要滿足防水、抗?jié)B要求時，應(yīng)設(shè)計成防水混凝土，抗?jié)B等級不得小于P6；厚度不少于250mm；裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通；迎水面的鋼筋保護層不少于50mm。地下室底板的墊層混凝土強度等級不應(yīng)小于C15，厚度不應(yīng)少于100mm，在軟弱土層中不應(yīng)少于150mm。當?shù)叵率业装宓纳炜s縫的間距超規(guī)范要求時，應(yīng)采取有效的抗裂措施，如：添加微膨脹劑，使混凝土成為補償收縮抗裂混凝土；加大結(jié)構(gòu)的構(gòu)造配筋率；嚴格把好原材料質(zhì)量關(guān)；嚴格混凝土的澆搗、養(yǎng)護等。地下室底板配筋宜細而密，鋼筋間距宜在100～200mm范圍內(nèi)。

4. 總結(jié)

本文通過對設(shè)計方案的比較、相關(guān)計算方法的分析以及設(shè)計構(gòu)造的要求，來闡述在地下室底板設(shè)計中要注意的問題。本文通過實際工程設(shè)計，闡述運用廣廈CAD程序?qū)Φ叵率业装鍩o梁樓蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，并提出一些建議。地下室底板無梁樓蓋，從設(shè)計角度看，計算簡單，工作量相對較?。粡氖┕そ嵌瓤?，施工方便，減短施工工期。

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