無梁樓蓋結(jié)構(gòu)在超高層建筑地下室車庫中的應(yīng)用分析

林南金

（身份證號：441422198603024271）

1 工程概況

復(fù)星南方總部項目AH040223地塊位于海珠區(qū)，南臨琶洲大街東，西靠海洲路，東側(cè)、北側(cè)為規(guī)劃路。由1棟48層的超高層辦公塔樓（簡稱“北塔”建筑高度207.15m，幕墻頂230m。）和1棟10層的高層辦公樓（簡稱“北小塔”建筑高度48.05m，幕墻頂60m。）組成。北塔結(jié)構(gòu)體系為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體呈方形，平面規(guī)則；北小塔采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體呈方形，平面規(guī)則。北塔和北小塔在首層～三層范圍局部有裙房。兩棟塔樓在在裙樓范圍內(nèi)建筑功能為商業(yè)及辦公，塔樓區(qū)域為辦公。本項目共設(shè)有4層地下室，L1層（即首層）為辦公大堂、商業(yè)、沿街騎樓商鋪，層高6.7m，北塔辦公大堂通高兩層；B1層（-1層）：為商業(yè)、后勤區(qū)、貨車卸貨區(qū)、非機動車庫、消防水池、電設(shè)備房等，建筑層高6.2m；B2層、B3層及B4層主要為停車庫及部分機電設(shè)備房。其中B4層為人防區(qū)，人防設(shè)計面積為6075m2。B2層建筑層高3.7m，B3、B4層建筑層高均為3.6m。該項目總用地面積10075m2，總建筑面積為141955m2，其中地上建筑面積112642m2，地下建筑面積29313m2。

2 結(jié)構(gòu)布置

本項目共設(shè)4層地下室，B1層頂板樓蓋采用主、次梁結(jié)構(gòu)，單向雙次梁方案；B4～B2層因建筑層高所限，考慮設(shè)備管線凈高等因素，除北塔塔樓區(qū)域外均采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)板厚為250，梁板混凝土強度等級為C35。本文僅對B2層作論述，應(yīng)注意的是在樓、電梯間等較大開洞時，洞口周圍宜設(shè)置框架梁或邊梁，同時梁的箍筋全長加密以提高其抗扭承載力，B2層結(jié)構(gòu)平面布置見圖2，板柱節(jié)點在垂直荷載作用下的受沖切承載力按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）計算。

3 無梁樓蓋的主要計算方法

板柱結(jié)構(gòu)在水平和垂直荷載作用下內(nèi)力和位移計算，宜優(yōu)先采用有限元空間模型的計算方法，亦可采用經(jīng)驗系數(shù)法、等代框架法或其他計算方法。

3.1 經(jīng)驗系數(shù)法

滿足下列條件時，在垂直荷載作用下板柱結(jié)構(gòu)的平板的內(nèi)力可用經(jīng)驗系數(shù)法計算：

（1）每個方向至少有3個連續(xù)跨；

（2）活荷載為均布荷載，且不大于恒載的3倍；

（3）同一方向上的最大與最小跨度之比不大于1.2；

（4）任一區(qū)格內(nèi)的長、短邊之比不大于1.5。

采用經(jīng)驗系數(shù)法時，應(yīng)先計算垂直荷載作用下板的總彎矩設(shè)計值，按柱上和跨中板帶彎矩分配值分別確定柱上和跨中板帶的彎矩設(shè)計值。

對X方向板的總彎矩設(shè)計值，按下式計算：Mx=q1y（1x-2C/3）2/8。

對Y方向板的總彎矩設(shè)計值，按下式計算：My=q1y（1y-2c/3）2/8。

式中：

q——垂直荷載設(shè)計值；

1x、1y——等代框架梁的計算跨度，為柱中心線之間距；

C——柱帽在計算彎矩方向的有效寬度，無柱帽時，取C＝柱截面寬度。

3.2 等代框架法

當不滿足經(jīng)驗系數(shù)法規(guī)定的條件時，在垂直荷載作用下，板柱結(jié)構(gòu)的平板內(nèi)力可采用等代框架法計算：

（1）等代框架的計算寬度，取垂直于計算跨度方向的兩相鄰平板中心線之間距；

（2）柱帽的等代框架梁、柱的線剛度，可按現(xiàn)行國家標準《鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GBJ130-90）的相關(guān)規(guī)定；

圖1 立面效果圖及平面圖

圖2 B2層結(jié)構(gòu)平面布置圖

（3）縱、橫向每個方向的等代框架均應(yīng)承擔全部作用荷載；

（4）宜考慮活荷載的不利組合。

等代框架在垂直荷載作用下板的彎矩，當平板的任一區(qū)格長邊與短邊之比不大于2時，可按規(guī)范規(guī)定分配給柱上板帶和跨中板帶；有柱帽時，支座負彎矩宜取剛域邊緣處之值，邊支座和邊跨中的彎矩除外，分配給各板帶上的彎矩應(yīng)乘以系數(shù)0.8。

3.3 有限元計算方法

本項目無梁樓蓋結(jié)構(gòu)采用盈建科軟件進行計算分析設(shè)計時，建模時需布置虛梁和柱帽；上部結(jié)構(gòu)計算時采用模型為彈性板6，彈性板荷載計算采用有限元；樓板設(shè)計時采用有限元計算。主要步驟如下：

3.3.1 建模時布置虛梁及柱帽

對無梁樓蓋，仍按照普通樓層的建模方式，對無梁樓蓋部分輸入虛梁及柱帽。

3.3.2 布置虛梁指示板帶位置

無梁樓蓋因無梁，柱間需布置虛梁。虛梁的作用一是生成樓板，作用二是指定柱上板帶的位置，軟件自動生成的柱上板帶是沿虛梁布置的。且虛梁的剛度很小，軟件不會對其做設(shè)計，對整體計算基本沒影響。無梁樓蓋由板和柱、墻組成，此種結(jié)構(gòu)體系僅有采用有限元計算才能得到較符合實際的結(jié)果，墻和樓板采用殼單元，柱采用桿單元。

有限元法計算板配筋可在樓板施工圖模塊進行，柱上板帶寬度越小則跨中板帶的寬度越大。正常的跨中板帶主要承受板的正彎矩，因此下部鋼筋計算結(jié)果較大，而上部鋼筋一般為構(gòu)造鋼筋；同樣柱上板帶的中間部位也主要承擔正彎矩和配置下部鋼筋，上部鋼筋也應(yīng)為構(gòu)造鋼筋。但是當樓板負彎矩區(qū)域大于柱上板帶的寬度時，伸出部分的負彎矩鋼筋的計算結(jié)果將決定跨中板帶的上部鋼筋配置，或者柱上板帶頂部貫通鋼筋的配置，從而出現(xiàn)板頂鋼筋配置過多的結(jié)果。柱帽沖切計算可在上部結(jié)構(gòu)計算模塊進行，上部結(jié)構(gòu)計算時，柱的沖切計算考慮了上部結(jié)構(gòu)中所有的荷載組合，無柱帽時為柱對板的沖切計算；有柱帽時包括柱對柱帽、柱帽對板的沖切計算。通過有限元計算分析，本項目初定的柱帽尺寸及樓板厚度均滿足沖切計算要求，樓板通長鋼筋可按最小配筋率控制，雙層雙向配置12@200的通長鋼筋，柱上板帶及跨中板帶局部需附加鋼筋，配筋合適。

3.4 無梁樓蓋應(yīng)采取的主要構(gòu)造措施

（1）無梁樓蓋樓板一般是等厚的，當不驗算板的變形時，板的最小厚度為150mm，且板厚與板短邊跨度之比，有柱托板時為1/32～1/40，無柱托板時為 1/30～1/35。

（2）柱托板的長度、厚度應(yīng)按計算確定，且每向長度不宜小于板跨度的1/6，厚度不宜小于板厚度的1/4，托板每向長度尚不宜小于同方向柱截面寬度和4倍板厚之和，托板總厚度不應(yīng)小于柱縱筋直徑的16倍。

（3）設(shè)置柱托板時，非抗震設(shè)計時托板底部宜設(shè)置構(gòu)造鋼筋；抗震設(shè)計時托板底部鋼筋應(yīng)按計算確定，且應(yīng)滿足抗震錨固的要求。計算柱上板帶支座處的配筋時，可考慮托板厚度的有利貢獻。

（4）無梁樓板局部開洞時，應(yīng)驗算承載力和剛度。當未作專門分析時，在板的不同部位開單個洞的大小應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。當在同一部位開有多個洞口時，應(yīng)確保在同一截面上各洞寬之和不應(yīng)大于該處單個允許洞度，各洞邊均應(yīng)配置鋼筋補強。

4 結(jié)束語

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)當采用有限元方法計算時，應(yīng)采用合適的柱托板尺寸及樓板厚度，無梁樓蓋樓板在滿足柱帽沖切承載力要求的情況下，應(yīng)使樓板按最小配筋率配置通長鋼筋，僅柱上板帶或者跨中板帶局部附加鋼筋，可達到節(jié)省樓板鋼筋造價的目的；經(jīng)驗系數(shù)法簡單實用，易于掌握可直接手算，此法只適用于規(guī)整結(jié)構(gòu)；等代框架法與經(jīng)驗系數(shù)法的主要區(qū)別為需先計算等代框架的支座和跨中的彎矩，再分配到柱上板帶和跨中板帶。現(xiàn)有文獻對無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計具有限制性和針對性，計算結(jié)果也存在差異。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)軟件計算結(jié)果合理分析，采取有效的構(gòu)造措施，確保結(jié)構(gòu)的安全。