簡析地下室頂板結(jié)構(gòu)方案優(yōu)劣

孫忠鋒

【摘 要】：針對地下室結(jié)構(gòu)的混凝土用量多，含鋼量高，建造成本居高不下的實際情況，文章結(jié)合工程實例，對地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行了對比，并提出了地下室頂板中無梁樓蓋的設(shè)計方法。

【關(guān)鍵詞】：無梁樓蓋；地下室頂板；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，房地產(chǎn)市場的高層建筑越來越多。由于高層建筑本身穩(wěn)定的要求，需要建筑物有一定的埋深，同時為了節(jié)省基礎(chǔ)的造價，通常高層建筑都采用補償性基礎(chǔ)。在整個工程的建造成本中，地下室及基礎(chǔ)的費用可以占到整個工程成本的10%-30%。所以，有效控制地下室的建造成本，對控制整個工程的成本起著非常關(guān)鍵的作用。

一、地下室頂板結(jié)構(gòu)方案對比

1、工程概況

某小區(qū)綜合樓是一棟地上7層，地下1層，集商業(yè)和住宅于一體的綜合性建筑。地下車庫頂覆土厚1.0m。該建筑有兩個主要特點：（1）在布局上，7層住宅用房布置在四周，中間為地下車庫，層高為4.6m，柱距為7.6m；（2）地下車庫頂板又兼作消防車道?？紤]以上兩個主要特點，我們選取兩種方案進行對比，方案I：普通鋼筋混凝土單向板方案；方案II：空心無梁樓板方案。

2、普通梁板結(jié)構(gòu)方案

由于本車庫的建筑功能需要，柱網(wǎng)確定為7.6m×7.6m。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，消防車在單向板方案中的荷載標準值為35kN/m2，同時在次梁及主梁的設(shè)計時考慮荷載折減系數(shù)。經(jīng)過計算，車庫頂板布置成十字交叉梁結(jié)構(gòu)，主梁斷面為350×900mm，次梁為300×600mm，頂板厚200mm，梁板折算后的板厚為365mm?？紤]到建筑功能需要車庫凈高2900mm（其中車輛通行凈高2200mm，通風、電纜橋架及噴淋等需要凈高700mm），按此種方法的地下車庫層高為3000mm，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，底板厚650mm，車庫底板底距地面距離為5500mm。經(jīng)過計算分析計算，板的配筋為雙層雙向Φ12@180。

3、空心無梁樓板的設(shè)計方案

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系又稱板柱結(jié)構(gòu)體系，這是相對梁板結(jié)構(gòu)體系而言的。在我國無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展較為迅速的一項建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)。較之傳統(tǒng)的密肋梁結(jié)構(gòu)體系它具有如下優(yōu)點：（1）混凝土的總用量降低，自重降低。（2）支承樓板的柱、墻、基礎(chǔ)和樁的荷載相應(yīng)減少，減少豎向構(gòu)件截面，減少配筋，節(jié)約豎向構(gòu)件費用。（3）有利于水平管線、空調(diào)的安裝。（4）降低了層高，提高了凈空高度，減少了豎向水、電、風、電梯使用費。（5）減少了內(nèi)外墻裝修，吊頂裝修和更新的費用。（6）施工單位減少了模板損耗，減少了支、拆模人工費用。

空心無梁樓蓋，這是一種新穎的結(jié)構(gòu)形式，是傳統(tǒng)密肋樓蓋的發(fā)展，可降低層高和造價。空心無梁樓蓋內(nèi)的填充構(gòu)件采用底寬360mm、頂寬400mm、高180mm的薄壁塑料盒，這種塑料盒環(huán)保無毒，受火后也無毒煙。每lm2的樓板內(nèi)放置4個塑料盒，盒子的中距為500mm，相鄰盒子間為100寬的肋，從而形成蜂窩式的雙向密肋空心無梁樓蓋?？招臒o梁頂板的厚度取為300mm，在柱的軸線處設(shè)置實心的暗梁，區(qū)格的中間部分則放置塑料盒。

豎向荷載作用下，空心無梁頂板的計算采用等代框架法，要點如下：（l）等代梁的寬度取相鄰跨跨中之間的距離；考慮到柱帽上翻，為偏于安全不考慮柱帽的有利影響，取等代梁的計算跨度為軸線間的距離減去柱寬。等代邊柱的寬度取與等代梁同寬，并假定柱的底端固定。

無梁樓蓋可顯著提高板的承載能力，所以可對中間區(qū)格板的內(nèi)力計算值進行折減，通?？沙艘?.8-1.0的折減系數(shù)。在本工程中由于混凝土側(cè)墻可以對板的周邊提供更好的約束作用，所以對邊區(qū)格和角區(qū)格內(nèi)的板同樣進行內(nèi)力折減。本工程對所有的柱上板帶均采用0.9的折減系數(shù)。在柱上板帶框架柱的位置處應(yīng)設(shè)置暗梁，暗梁的上下受力鋼筋應(yīng)分別取柱上板帶計算所需上下鋼筋的0.5倍左右。暗梁之外板的鋼筋配置在相應(yīng)的空心板內(nèi)，其中板底的正彎矩鋼筋配置在肋梁內(nèi)。經(jīng)此處理后，計算得空心無梁頂板的配筋為Φ16@130（單向），暗梁底筋僅為3Φ12。

4、方案對比

（1）蜂窩式空心無梁樓蓋具有空心率大、雙向性能好等顯著優(yōu)點，同時可以降低結(jié)構(gòu)層高，特別適用于跨度較大、荷載也較大的結(jié)構(gòu)；對于會議室等大空間結(jié)構(gòu)，平整的底面也可以取得良好的建筑效果。

（2）在豎向荷載作用下，空心無梁樓蓋的內(nèi)力分析可以類似采用實心無梁樓蓋的等代框架法進行，但板的截面特性應(yīng)采用實際值，對蜂窩式空心樓蓋可采用本文給出的計算公式計算其截面特性。采用等代框架法可同時對框架柱在樓層位里處的受力情況進行分析。

（3）在受力分析中如果活荷載較大則應(yīng)考慮活荷載的不利布置。

（4）為進一步提高經(jīng)濟效益，受力鋼筋建議采用HRB400級鋼筋?？紤]到實際受力情況的復雜性，板的上部負筋應(yīng)通長布置，不宜截斷。

二、地下室頂板中無梁樓蓋的設(shè)計方法

1、保證地下室無梁樓蓋中端跨設(shè)計

在實際設(shè)計和施工中發(fā)現(xiàn)不管采用哪種形式的無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，第一跨的彎矩以及第一內(nèi)支座的彎矩都必須達到最大值。利用經(jīng)驗系數(shù)法假設(shè)樓層板只受到垂直的荷載力，那么在設(shè)計時就必須在端跨外設(shè)計有懸挑板。懸挑板的作用是將端跨支座的彎矩均衡起來。在力學模型（地下單層無梁樓蓋模型）中沒有設(shè)置外懸挑板，但是在實際的建筑工程中地下室的外墻扮演者承擔荷載力的角色（側(cè)向土壓力受外墻支撐）。在地下室的這種結(jié)構(gòu)中端跨板帶、外墻、地基可以實現(xiàn)彎矩的傳遞并且三者之間互相作用，這是地下室無梁結(jié)構(gòu)和普通建筑物無梁結(jié)構(gòu)的差別。因此在進行地下室頂板無梁樓蓋設(shè)計中端跨的設(shè)計是圖紙設(shè)計的重點。

2、設(shè)計時應(yīng)充分考慮多方面因素對整體結(jié)構(gòu)的影響

在無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)充分考慮到基礎(chǔ)剛性和地下室外墻對其的影響?；A(chǔ)的剛性增強對端跨是十分有利的，如果基礎(chǔ)剛度過小則會使端跨板帶的彎矩變大。因此地下室無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性取決于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的是否合理。運用經(jīng)驗系數(shù)法設(shè)計無梁結(jié)構(gòu)樓蓋的結(jié)構(gòu)時，由于端跨板帶的實際受力情況與理論上是不一樣的，這樣會造成整體結(jié)構(gòu)實際的不準確。運用等代框架結(jié)構(gòu)設(shè)計無梁樓蓋結(jié)構(gòu)時只有充分考慮基礎(chǔ)剛性才能保證設(shè)計圖紙的科學。因此綜合上述情況在設(shè)計地下室頂板時必須將基礎(chǔ)剛性、無梁樓蓋、地下室外墻一起看做是一個整體，將三者有機結(jié)合成一個模型進行計算，在設(shè)計時充分考慮到側(cè)向土壓力、端跨、基礎(chǔ)間的關(guān)系。

3、在進行無梁樓蓋設(shè)計時注重建筑材料的規(guī)格

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)在具有很大優(yōu)勢的同時其自身也是存在一定缺陷的，比如它對建筑材料的規(guī)格要求比較嚴格、無梁板的延性不好、抗沖切性需要增強。因此在進行設(shè)計時要充分考慮到這些因素，選用合理規(guī)格的建材。因此地下室鋼筋的選擇應(yīng)該選用性能優(yōu)良的鋼筋，橫截面積應(yīng)充分考慮到?jīng)_切破壞，并且將鋼筋做成封閉式箍筋，箍筋的直徑介于6毫米至12毫米之間。同時混凝土應(yīng)選用較大強度的才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

結(jié)束語

人們一直公認的梁板結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性在較大荷載作用下便變得不經(jīng)濟。所以在實際工程中，對地下室頂板宜采取無梁樓蓋形式，既可以節(jié)約造價，又可以加快施工進度，值得推廣應(yīng)用，而近幾年采用新技術(shù)例如GZ高分子合金組合芯模、混凝土薄壁筒體件等澆筑的現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋，則在室內(nèi)裝飾凈空高度、使用功能、隔音效果、環(huán)境保護、綜合造價低等方面有著明顯的優(yōu)勢，對節(jié)約社會資源、維持建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有積極的社會意義。

參考文獻

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