建筑工程地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

文/趙鵬 湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長沙 410126

無梁樓蓋為雙向受力的板柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，而且施工方便，空間利用率較大，便于后期管線布設(shè)。不過樓板厚度大，增加了混凝土材料的使用量，而且結(jié)構(gòu)延性差，極易產(chǎn)生脆性沖切破壞。綜合分析，無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)性能較好，而且應(yīng)用成本較低，因此被廣泛應(yīng)用。若能夠優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可彌補(bǔ)上述不足，達(dá)到剛度和強(qiáng)度等的設(shè)計(jì)要求。

1、項(xiàng)目概述

以某建筑工程為例，為高層建筑，高度大約為94m，地下室1層。地下室部分的長度參數(shù)為370mm；寬度為240mm；頂板覆土厚度參數(shù)為1.2m；柱截面參數(shù)為600mm ×600mm；分布間距大小為8000mm ×8000mm；梁板柱使用的混凝土材料，等級為C30，使用型號為HRB400鋼筋?，F(xiàn)結(jié)合此工程，對不同頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)行對比分析。

2、建筑工程地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)選型

方案1：設(shè)計(jì)為梁板樓蓋。頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為井字梁，框架梁的大小為400 ×800mm；在1/3跨位置布置一道次梁，大小為300 ×600mm，板厚度為180mm。通過軟件計(jì)算獲得樓蓋施工參數(shù)，如表1所示。

方案2：無梁樓蓋。對于柱帽設(shè)計(jì)為矩形頂板形式，截面大小為3000mm ×3000mm，厚度參數(shù)為400mm；柱帽位置的板厚參數(shù)為700mm，為沖切控制[1]。采用有限元分析法，計(jì)算得到配筋參數(shù)如表2所示。使用的鋼筋，總量為39kg/m2；使用的混凝土，總量是29m3，單位使用量為0.44m3/m2。

對比結(jié)果：1）施工難度。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)用于支撐樓板的墻柱樁荷載顯著減小，而且豎向構(gòu)件截面有所減小，由于配筋量減少，進(jìn)而節(jié)約了構(gòu)件成本。除此之外，便于管線施工。2）結(jié)構(gòu)受力。選擇無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，其最小層高降低0.4m，結(jié)構(gòu)的性能更好。3）施工成本。選擇無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，其用鋼量有所減少，減少了23.5%。雖然混凝土使用量增加，增加了41.9%，不過總體來說施工成本降低，具有應(yīng)用的優(yōu)勢。

2.2 無梁樓蓋計(jì)算分析

目前，在地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，開展無梁樓蓋的計(jì)算時，可運(yùn)用的方法較多。具體如下：1）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法；2）有限元模型計(jì)算；3）等代框架法。其中，有限元模型計(jì)算法的應(yīng)用較為廣泛，適用的情況較多。在實(shí)際操作中，使用SAP2000以及SLABCAD軟件等。不同軟件的應(yīng)用優(yōu)勢不同，比如SAP2000的應(yīng)用，雖然計(jì)算效率和質(zhì)量高，但無法生成相對直觀的計(jì)算結(jié)果，因此在具體計(jì)算以及分析中，還需要結(jié)合使用其他軟件。在進(jìn)行地下室無梁樓蓋設(shè)計(jì)時，要結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容，合理選擇相應(yīng)的計(jì)算方法和軟件，保證計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性和有效性。

2.3 地下室無梁樓蓋設(shè)計(jì)

2.3.1 PM模型輸入

開展無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用PMCAD軟件，開展建模作業(yè)時，需要輸入等代梁或虛梁。一般來說，虛梁為截面大小為100mm×100mm的矩形混凝土梁。設(shè)置虛量，可助力SLABCAD軟件操作，借助PMCAD進(jìn)行前期處理時，自動化讀取并且接收各類信息，比如樓板外邊界數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而提高樓板單元劃分的效率。由于梁沒有剛度，因此開展分析計(jì)算時，使用的軟件，其前期處理程序，可以自動將虛梁刪除。有限元計(jì)算分析的過程中，處理程序能夠自動屏蔽厚度大小相同的等代梁。對普通梁，利用軟件的自動處理程序，能夠自動分析其剛度[2]。

2.3.2 板帶設(shè)計(jì)和驗(yàn)算

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一般來說，開展板帶設(shè)計(jì)以及計(jì)算，多采取以下方法：1）根據(jù)PM中，所輸入的等代梁相關(guān)信息，比如位置以及寬度，開展板帶劃分。2）運(yùn)行程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的寬度比值，開展板帶自動劃分。一般來說，豎向應(yīng)力，要對計(jì)算獲得的結(jié)果進(jìn)行配筋。具體操作時，依據(jù)SATWE計(jì)算所得的結(jié)果，通過有限元以及水平應(yīng)力大小，開展相應(yīng)的計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)中指定的方式，進(jìn)行板帶劃分。接著，進(jìn)行板帶邊界調(diào)整，優(yōu)化設(shè)計(jì)板帶的寬度。在進(jìn)行調(diào)整的過程中，要同步調(diào)整跨中以及柱上的板帶。采取此做法，是因?yàn)轭A(yù)設(shè)的處理程序，難以先調(diào)整柱上板帶，再依據(jù)調(diào)整值進(jìn)行跨中板帶的調(diào)整。經(jīng)過調(diào)整后，在板帶位置以及方向中，能夠查看柱上板帶X向和Y向，以及跨中板帶Y向以及X向。

2.3.3 復(fù)雜樓板的計(jì)算

對復(fù)雜樓板的計(jì)算，利用有限元分析。一般來說，程序中含有大量單元，比如殼單元與板彎曲單元。普通建筑工程，多使用板彎曲單元，開展彎曲度的細(xì)致化分析。運(yùn)行處理程序時，選擇“樓板修改”功能模塊，進(jìn)行后續(xù)操作。其為PMCAD的補(bǔ)充項(xiàng)，當(dāng)輸入異行房間的洞口無法正常使用，則可以利用此功能。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，若需要對板頂原設(shè)計(jì)計(jì)算獲得的彎矩系數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，或需重新設(shè)定，必須要考慮到負(fù)彎矩區(qū)域由于形成的塑性線所造成的內(nèi)力重分布，通過調(diào)整板底彎曲放大系數(shù)，實(shí)現(xiàn)正彎矩的調(diào)整[3]。

結(jié)語：

綜上所述，建筑工程建設(shè)中，地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，具有一定的優(yōu)勢。為發(fā)揮無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢，提高地下室的整體性能，要做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的嚴(yán)格把控。在具體實(shí)踐中，通過PM模型輸入；板帶設(shè)計(jì)和驗(yàn)算；復(fù)雜樓板的計(jì)算，獲得結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，指導(dǎo)施工作業(yè)。