探究地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點(diǎn)

李主華

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司天津分院 天津 300073）

引言

隨著無梁樓蓋的興起，該結(jié)構(gòu)在地下室尤其是多層地下室得到了普遍的使用。綜合考慮社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對地下室的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行充分的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與普通梁板結(jié)構(gòu)相比無梁樓蓋更適用于地下室建筑。簡而言之，無梁結(jié)構(gòu)就是地板和立柱一起構(gòu)成了屋頂柱構(gòu)造，因此樓面的荷載可以直接從屋頂傳輸?shù)搅⒅约暗鬃?，減少了傳輸?shù)木嚯x，降低了建筑模板的使用，增加了建筑面積。值得注意的是，在建筑施工的過程中，必須要對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行檢測，保證地下室的抗震能力。

1 地下室無梁樓蓋的特點(diǎn)

無梁樓蓋是板柱雙向受力的結(jié)構(gòu)體系，它的樓板屬于四點(diǎn)支撐，是雙向受力的構(gòu)造。當(dāng)樓板出現(xiàn)開裂之前的時期是彈性階段，但是隨著負(fù)荷逐漸地增加，裂縫會先從柱帽的頂端處開始，隨著橫向的延長，裂縫到達(dá)板跨中的時候，就會在板底形成更多的裂縫，到最后柱帽的頂端、柱列軸線的跨中板底、板頂出現(xiàn)很多的裂縫，這時鋼筋到了受拉屈服的階段，混凝土也到了極限壓應(yīng)變，此時樓板已經(jīng)受損嚴(yán)重。在地下室建筑項目中使用無梁樓蓋可以降低控制項目的埋深，進(jìn)而增加了建筑面積，降低電能和通風(fēng)設(shè)備的消耗。從結(jié)構(gòu)方面看，無梁樓蓋能夠減少基坑支護(hù)的花費(fèi)和開挖的工作量。因此，在地下室建筑項目中，無梁樓蓋得到了廣泛的應(yīng)用，建筑設(shè)計師在工作過程中應(yīng)多考慮該結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用。

2 無梁樓蓋的優(yōu)點(diǎn)

2.1 降低地下室的層高

在地下室使用無梁樓蓋，因為結(jié)構(gòu)板厚比梁板式的梁高要小，在管線可以避開柱帽的時候可以增加地下室凈空高度，或者凈空一樣大的時候可以降低地下室的層高。降低層高就可以減少土方開挖和地下水位，從而降低成本。

2.2 增加了建筑的美觀性

無梁樓蓋頂板結(jié)構(gòu)面由于布局比較簡易，而且通風(fēng)的效果比較好，在施工的操作中管道的布線以及施工非常簡單，不但可以讓建筑物能夠展示出它的使用功能，而且美觀性也大大的提高了。

2.3 加快進(jìn)度，工期縮短

因為無梁樓蓋結(jié)構(gòu)與普通梁板式結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡單而且傳力的途徑不長，能夠方便鋼筋綁扎的操作進(jìn)行，而且降低了模板施工和土方開挖的工作量，能夠加快建筑施工的進(jìn)程，減少基坑暴露的時間。除此之外，當(dāng)出現(xiàn)地震的時候無梁樓蓋結(jié)構(gòu)受到的威脅更小。

3 地下室無梁樓蓋的計算方法

3.1 經(jīng)驗系數(shù)法

經(jīng)驗系數(shù)法屬于無梁樓蓋結(jié)構(gòu)中一個簡易的算法，工作人員能夠不依靠計算工具和設(shè)備助手在直接計數(shù)的狀況下的普遍使用。經(jīng)驗系數(shù)法是在實(shí)踐經(jīng)驗和實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，得出總彎矩的數(shù)值，隨后乘以彎矩分配系數(shù)，最后得到截面彎矩。當(dāng)計算條件適合于經(jīng)驗系數(shù)法的時候，計算過程會十分快捷而且結(jié)果會比較精確。經(jīng)驗系數(shù)法是按照邊跨條件對邊跨內(nèi)力進(jìn)行確定，分別用0.35M和0.65M對其內(nèi)力進(jìn)行分配，所以設(shè)計人員要對跨中彎矩M的數(shù)值進(jìn)行精確計算。一旦無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系托板和柱帽，特別是內(nèi)力可能朝支座的方向傾斜，這種狀況下位置、板厚以及截面設(shè)計的節(jié)點(diǎn)要依據(jù)長跨進(jìn)行確定，把計算的模型轉(zhuǎn)化為單向板的模式，X、Y向的要計算荷載。通過經(jīng)驗系數(shù)法進(jìn)行計算要具備以下條件，包括同一方向不低于連續(xù)三跨；在同一方向的跨度差值應(yīng)該小于或等于1.2；每一個單元板的長寬比不超過1.5；活荷載以及恒荷載的比值小于或等于3；在柱網(wǎng)的布置無規(guī)律的狀態(tài)下，柱間的偏離值不能超過跨度的1/10。

3.2 等代框架法

等代框架法是指把一整個無梁樓蓋按照縱橫柱列的方向分為縱、橫兩個方向的框架。當(dāng)?shù)却蚣艿牧旱膶捄拓Q向的承重作用相同的時候，為板跨中心線間的長度。當(dāng)為水平荷載的時候，為板跨中心線間長度的1/2比較合適。等代框架的梁高與板的厚度一致。等代框架梁的跨度應(yīng)為lx-2C/3或ly-2C/3，c為柱帽寬度。在計算等代框架的高度時，樓層是層高減柱帽的高，底層是基礎(chǔ)頂面到層樓板底面之間的距離減柱帽的高。如果只有豎向荷載的時候，等代框架能夠用分層法進(jìn)行分析，樓板都可視為上層柱的固定遠(yuǎn)端。就可以把一個等代的多層框架的運(yùn)算轉(zhuǎn)化為兩層或者一層的運(yùn)算。等代框架法不是在任何情況下都適用，一般在任何一個區(qū)格的長跨和寬跨之間的比值小于或等于2的時候才適用。

3.3 有限元分析法

有限元分析法是對無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶和柱帽的尺寸進(jìn)行測量，然后將無梁樓蓋拆分成多個單元，將單元之間進(jìn)行變形協(xié)調(diào)，進(jìn)而計算出地下室無梁樓蓋內(nèi)力。有限元計算法屬于通用的計算方法，得出的結(jié)果比較科學(xué)可靠。如果計算量比較大的時候通常需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)輸入，一般采用PKPM結(jié)構(gòu)系列軟件、盈建科軟件以及midasbuilding結(jié)構(gòu)計算軟件等方式進(jìn)行計算。

4 無梁樓蓋截面設(shè)計和沖切計算

4.1 截面設(shè)計

如果豎向的荷載背景下對柱帽的無梁樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置，工程師要對樓蓋的穹頂作用進(jìn)行分析。所得到的截面彎矩都要乘以0.8，除了邊支座和跨中以外。樓蓋的有效高度應(yīng)該在同一個單元的兩個不同方向的彎矩下，選擇對應(yīng)不一樣的高度。如果單元是正形的區(qū)格，為各方向的有效高度的算數(shù)平均值。

4.2 沖切計算

如果局部荷載和集中反力共同作用下配置箍筋和彎起鋼筋的樓蓋。它的抗沖切和配置箍筋要與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定相符。如果樓蓋單跨度大于6cm的時候，或者相鄰板跨差距較大的時候，應(yīng)該綜合考慮靜荷載和等效靜載共同作用再對沖切荷載進(jìn)行計算，要乘以放大系數(shù)作為最終的數(shù)值。如果是無梁樓蓋的長短跨比值大于4/3的情況，要布置箍筋。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計重點(diǎn)

5.1 保證地下室無梁樓蓋的端跨設(shè)計

在實(shí)際操作過程中，屋面的結(jié)構(gòu)形式種類繁多，但是都要保證跨度支撐力距為最大值。如果地板在用經(jīng)驗系數(shù)的方法計算了豎向力，那么在后期的設(shè)計中，必須要在整個的懸板設(shè)計以上，從而確保端跨軸承的平衡性。一般情況下，要保證地下室的墻體承載能力。這種結(jié)構(gòu)的地下室，要將端部的墻帶作為基本，從而可以實(shí)現(xiàn)彎矩傳遞，也可以發(fā)揮相互作用的功能。所以在對無梁樓蓋地下室的設(shè)計過程中要重點(diǎn)注意端跨設(shè)計。

5.2 整合多種因素對整體結(jié)構(gòu)的影響

地下室的建造過程中應(yīng)該考慮多方面的因素。首先是屋面的設(shè)計，對屋面的設(shè)計過程中要結(jié)合地下室墻體結(jié)構(gòu)的承載能力和剛度。一般而言，地基的剛度不能太小否則會造成端跨板的彎矩過大。所以要對建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮，得到穩(wěn)定的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果使用經(jīng)驗系數(shù)法無底板梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為理論端跨板和現(xiàn)實(shí)當(dāng)中的受力不同，會造成整體結(jié)構(gòu)與實(shí)際情況存在差距。無梁樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計的等效框架法中要對剛性基礎(chǔ)進(jìn)行分析，確保設(shè)計圖紙的實(shí)用性和穩(wěn)定性。因此，在對地下室頂板的策劃過程中要充分考慮剛性的無梁樓蓋地下墻作為建筑的整體。通過三種不同的計算方法進(jìn)行計算，保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。除此之外，要在結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，對側(cè)向土壓力、端跨以及地基等不同影響因素進(jìn)行綜合分析。

5.3 無梁樓蓋抗沖切設(shè)計

地下室無梁樓蓋因為跨度比較大、覆土比較厚而且荷載大，同時要承受地下室人防荷載，因此它的厚度是根據(jù)沖切計算得出的，而不是板帶抗彎設(shè)計決定的，不能因為板帶配筋截面小就降低板厚，這樣容易出現(xiàn)安全事故。加強(qiáng)板柱節(jié)點(diǎn)的抗沖切承載力，通常通過以下三個方面：增加板柱節(jié)點(diǎn)周圍板的厚度或者加上柱帽；使用穿過柱截面布置板內(nèi)的暗梁，暗梁包括抗剪箍筋和縱筋；使用相互垂直而且通過柱子截面的型鋼焊接形成的型鋼剪力架。

6 結(jié)束語

無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)因為沒有設(shè)置梁，構(gòu)造簡潔、傳力途徑簡單、空間利用率高、通風(fēng)方便而且易于施工，因此近些年該結(jié)構(gòu)體系被大量的應(yīng)用到了地下室的建筑當(dāng)中。從結(jié)構(gòu)性能來看，該結(jié)構(gòu)體系的延性比較差，板在柱帽和柱頂端的損害是脆性沖切破壞。根據(jù)之前的工程經(jīng)驗，地下室的主要花費(fèi)集中在的各樓板的結(jié)構(gòu)布置。無梁樓蓋能夠壓縮層高，節(jié)約成本，因此極大的推動了我國建筑行業(yè)的發(fā)展。