洪朝德

[摘要]本文主要闡述了地下建筑采用無梁樓蓋的優(yōu)點，簡單介紹無梁樓蓋的設(shè)計方法，并結(jié)合工程設(shè)計經(jīng)驗提出一些設(shè)計中的建議。

[關(guān)鍵詞]無梁樓蓋結(jié)構(gòu)；設(shè)計方法；有限元

文章編號：2095-4085（2016104-0031-02

無梁樓蓋結(jié)構(gòu)是近年來建筑設(shè)計中比較常見的一種結(jié)構(gòu)體系。對于地上結(jié)構(gòu)，由于無梁樓蓋（板柱結(jié)構(gòu)）抗震性能較差，其適用性有一定局限性。對于地下建筑，其抗震要求較低，又由于無梁樓蓋施工簡便，經(jīng)濟效益高，在地下建筑中得到普遍應(yīng)用。

1.無梁樓蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

1.1造價相對較低

地下室車庫柱網(wǎng)一般情況下較為規(guī)整，采用無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)造價比梁板結(jié)構(gòu)略低。

現(xiàn)以某工程為例，取最典型的8m×8 m柱網(wǎng)，首層1.5m覆土，首層活荷按8.0kN/m²計算，對其地下室頂板四種結(jié)構(gòu)方案比較如表1：

由表1可知：無梁樓蓋方案在三種方案中造價略低。相對前兩種方案，考慮無梁樓蓋表面積較小，柔性外防水、施工模板造價相對較低，其綜合造價優(yōu)勢明顯。

1.2一定情況下可減少地下室層高

采用無梁樓蓋時，由于結(jié)構(gòu)板厚小于梁板式的梁高，在管線能避開柱帽的前提下，可獲得較大的地下室凈空高度，或凈空相同時可降低地下室層高。降低地下室層高可減少土方開挖和地下水位，減少部分造價。

1.3施工便利

相對于梁板式結(jié)構(gòu)，無梁樓蓋表面平整、表面積較小，柔性外防水施工及模板施工時簡便快捷，管道鋪設(shè)方便。

綜上所述，在地下建筑中采用無梁樓蓋可獲得較好的綜合效益。但不適用于有較多樓板開洞、柱網(wǎng)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。

2.無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.1經(jīng)驗系數(shù)法

經(jīng)驗系數(shù)法是運用彎矩分配系數(shù)，算出板的總彎矩再乘以彎矩分配系數(shù)得出各控制截面的彎矩值，要想充分發(fā)揮此種設(shè)計方法的作用，設(shè)計人員需要遵循著相應(yīng)的條件：首先，要保證無梁樓板結(jié)構(gòu)每個方向都應(yīng)該達到或超過三個連續(xù)跨；其次，無論是哪一個長跨或短跨之間的比值都應(yīng)該在1.5之內(nèi)；再次，若方向相同，最大與最小跨度之間的比值要控制在1.2之內(nèi)，同時保證兩端跨度不能超過內(nèi)跨。

2.2等代框架法

相比經(jīng)驗系數(shù)法，采用等代框架法的優(yōu)點為不受各跨跨度的限制，可考慮到大小跨對內(nèi)力的影響，并對任何位置可只抽出單跨來進行驗算。此種設(shè)計方法簡單的說就是設(shè)計人員將整個結(jié)構(gòu)依照縱向柱子分為縱向等代框架，而后按照橫向柱分為橫向等代框架。

無梁樓蓋中柱上板帶與跨中板帶的計算特點如下：

（1）柱上板帶的分布范圍為柱邊各L/4（L為柱跨）；跨中板帶的分布范圍為柱跨中間L/2；

（2）對于支座截面負彎矩，柱上板帶的彎矩分配比例為0.75，跨中板帶的彎矩分配比例為0.25；對于跨中截面正彎矩，柱上板帶的彎矩分配比例為0.55，跨中板帶的彎矩分配比例為0.45；

2.3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。設(shè)計人員需借助有限元法進行計算分析，比較常用的軟件有PKPM/SAP2000等。在此筆者以PKPM軟件為例，對如何運用有限元計算方法進行分析。第一，建模之前需要設(shè)計人員進行相應(yīng)的處理，通過運用PMCAD進行人機交互，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息輸入其中，柱與柱之間要設(shè)計矩形截面虛梁，但是如果是邊界位置或者是開洞位置則應(yīng)該設(shè)計實梁最佳，預(yù)先最好這些工作，能夠在軟件處理時可以非常方便的將所有的邊界信息都讀出來；第二，設(shè)計人員需要借助該軟件中的SATWE來完成整體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計，因為SAT-WE能夠?qū)χ袠前鍙椥宰冃芜M行計算分析，所以效果比較好；第三，在三維計算分析后，還需用SATWE程序中附帶的厚板分析程序SLabCAD對無梁樓蓋進行進一步的分析，SLabCAD可以處理均布面荷載和均布線荷載作用下的樓板內(nèi)力計算和配筋。

3.無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（1）等效框架法相對經(jīng)驗系數(shù)法適用范圍廣、準確性高，相對有限元計算簡便，可編制EXCEL表格進行手工計算，在實際工程設(shè)計用被普遍應(yīng)用。當(dāng)采用等效框架法計算得出彎矩后，對柱上板帶各截面進行配筋設(shè)計，并按強度計算得到的配筋進行裂縫驗算，其中迎水面裂縫限值為0.2mm（保護層厚度為50mm，計算時可取保護層30mm，但需保證計算有效高度與實際相符），背水面裂縫限值為0.3mm。一般情況下，非人防地下室底板的迎水面的鋼筋均由裂縫控制；

（2）支座計算配筋較大，可采用另加鋼筋的方法，另加鋼筋伸出柱帽長度不小于柱帽間凈跨的1/4，當(dāng)另加筋直徑較大（如并筋）時，伸出長度不宜小于柱帽間凈跨的1/3；

（3）根據(jù)等代框架計算公式可知，跨中板帶支座配筋為柱上板帶支座配筋的1/3。當(dāng)支座配筋的另加筋超過拉通筋2倍以上時，需計算跨中板帶支座鋼筋的另加筋；

（4）柱帽的高度由抗沖切計算確定，同時需滿足與板厚之比的三次方之比大于5，以作為無梁樓蓋計算跨度的支座（此時無梁樓蓋計算跨度）。對于邊支座，由于邊支座為簡支，理論上可以發(fā)生轉(zhuǎn)動，故對于邊跨柱帽（平面內(nèi)多樁承臺除外），無梁樓蓋計算跨度應(yīng)算至墻柱邊；

（5）對于不規(guī)則的柱網(wǎng)，尤其是多邊線、銳角三角形的柱網(wǎng)，建議采用梁板式結(jié)構(gòu)，或局部位置加梁使其不要出現(xiàn)銳角多邊形。對于多邊形的柱網(wǎng)或平面有較多較大開洞的無梁樓蓋，建議采用有限元算法分析其內(nèi)力，按計算結(jié)果配筋并加強洞口四周的配筋。

4.結(jié)語

無梁樓蓋建筑結(jié)構(gòu)體系與其他建筑結(jié)構(gòu)體系相比具有非常多的優(yōu)勢，比如建筑空間比較大，能夠在一定程度上增加層高，施工支撐也非常簡單，鋼筋綁扎工作也不復(fù)雜，使用的安裝設(shè)備也非常方便，施工速度也比較快，但是此種建筑結(jié)構(gòu)類型受力復(fù)雜需要設(shè)計人員精心進行計算，同時抗震性能也比較差，需要設(shè)計人員在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上提升無梁樓蓋的抗震性能，這樣才能夠保證整體設(shè)計科學(xué)合理。