空心無梁樓蓋地下車庫結構構造設計探討

趙玉紅 焦亞娟

摘要：目前，空心無梁樓蓋結構在地下車庫的結構設計中應用越來越廣泛。本文從地下室的空心無梁樓蓋結構的優點入手，具體探討了空心無梁樓蓋地下車庫結構的主要設計方法，希與同行共同切磋。

關鍵詞：空心無梁樓蓋；地下車庫；構造設計

引言

目前，空心無粱樓蓋結構在地下車庫的結構設計中應用越來越廣泛，現澆空心板繼承了密肋樓蓋和預制多孔板的長處，又較好地克服了二者的缺點，現澆空心大板結構的出現和應用構成了混凝土樓蓋形式發展的不可忽略的一章，并且由于它所具備的特點，使其具有很好的應用前景。以下筆者具體介紹其優點和構造設計特點。

一、現澆空心無粱樓蓋結構用在地下車庫中優點概述

現澆空心無粱樓蓋結構用在地下車庫中具有以下優點：

(1)降低了層高，減少了土方開挖和回填的工作量；(2)降低了層高，減少了基坑支護的費用；(3)減少了井點降水的工作量；(4)減少園地下水浮力而設置的抗拔樁的數量，有時甚至可以取消抗拔樁；(5)減少進地下車庫的汽車坡道的長度，節約用地。

二、空心無梁樓蓋地下車庫結構的構造設計探討

以下從我國關于現澆混凝土空心樓蓋的設計計算方法入手，探討空心無梁樓蓋地下車庫結構的構造設計方法。

1、現澆混凝土空心樓蓋的設計計算方法概述

中國工程建設標準化協會推薦的設計方法有：

擬梁法。

把樓蓋折算成縱橫兩方向的井字梁，此法適用于承受豎向荷載的結構，可用現有設計程序進行計算；

直接設計法。

這是一種細化的經驗系數法，適合手算，此法適用于承受豎向荷載的結構:(3)等代框架法.此法適用于承受豎向(不規則樓蓋)和水平荷載的結構，可以電算。

擬梁法因其設計過程類似于有梁樓蓋且可用現有設計程序進行計算，成為目前現澆鹼空心無梁樓蓋地下車庫結構設計鼓常用的設計方法。

2、無梁樓蓋地下車庫的結構設計

空心無梁樓蓋地下車庫結構設計流程是：首先根據建筑施工圖確定結構方案和結構平面布置；其次，根據規范和相關資料確定結構計算的信息參數。

筆者主要就無梁樓蓋地下車庫結構設計中的樓蓋設計計算及其配筋設計計算進行具體探討。

（1）樓蓋的設計計算

樓蓋的設計計算，一般利用SATWE軟件中的“復雜樓板有限元計算”SLABCAD模塊進行樓蓋的分析計算。

具體計算時，首先點取“生成樓板有限元分析數據”菜單來生成有關的計算數據，并將相應的計算條件及計算參數進行定義。以某工程為例，利用上述計算方法所得的計算結果如圖1所示：

圖1樓蓋的設計計算示意圖

（2）空心無梁樓蓋的配筋計算

豎向荷載作用下，空心無梁頂板的計算采用等代框架法：

a 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。

b 等代梁截面慣性矩的計算

沿等代梁的跨度方向，是由空心部分(設寬度為a)和實心部分（設寬度為b）間隔分布形成的變截面梁。為簡化計算，近似認為等代梁是等截面的，設空心部分和實心部分的截面慣性矩分別為Ia 1Ib，則等代梁的近似慣性矩可按下式計算：

實心部分的截面慣性矩為I。=Bt3/12，式中B為等代梁的寬度，t:為板厚。則等代梁空心部分的截面慣性矩Ia可以用以下方法計算得到。

設等代梁寬度范圍內共有n個塑料盒，則：

式中:A為每個塑料盒剖面的平均截面面積； yo為每個塑料盒的形心位置;IA 為每個塑料盒對自身形心軸的慣性矩；yc為空心截面的形心位置。

c求得的等代梁的截面內力需要在板的柱上板帶和跨中板帶之間進行分配。對中間支座負彎矩，兩者的分配系數分別為0.75和0.25。

d 由于無梁樓蓋中的區格的穹頂作用明顯，可顯著提高板的承載能力，所以可對中間區格板的內力計算值進行折減。

e 在柱上板帶框架柱的位置處應設置暗梁，暗梁的上卜受力鋼筋應分別取柱上板帶計算所需f下鋼筋的0.5倍左右。

f 暗梁之外板的鋼筋配置在相應的空心板內，其中板底的正彎矩鋼筋配置在肋梁內。在柱下板帶內的肋梁稱為邊肋梁，跨中板帶內的肋梁稱為中肋梁，兩者配筋不同;但是通過適當調整暗梁的配筋，可以使得空心板在兩個方向的邊肋梁和中脅梁的配筋分別相同，以方便施工。

（3）撓度計算

空心無梁樓蓋的撓度計算是個難題。計算是個難題。本文采用彈性方法對實心無梁樓蓋的撓度進行了計算，如圖2所示。

圖2 撓度計算圖

針對無梁頂板的一個區格，分別計算板在兩個方向的豎向位移，然后疊加，則撓度為:

a. X或Y方向板的剛度計算

與等代框架法一致，將板分別看作兩個等代梁計算其慣性矩，則空心板總的慣性矩取為兩者慣性矩之和。受彎構件的截面慣性與彎矩的大小和符號有關，對于均布荷載卜兩端固定的等代梁，近似認為在跨中L/2的區段內受正彎矩作用而在兩邊各L/4的區段內受負彎矩作用。根據最小剛度原則，開裂后正、負彎矩區段的截面彎曲剛度分別取為彎矩最大的跨中和支座處的截面彎曲剛度。

我國規范中給出了受彎構件截面剛度的計算公式，但在空心無梁樓蓋的計算中應用起來比較困難。美國規范給出的開裂構件的有效慣性矩計算公式為:

式中：Mcr,M分別為構件的開裂彎矩和使用階段的彎矩；I0, Icr分別為混凝土毛截面(不考慮鋼筋)慣性矩和開裂截面(考慮受拉鋼筋)的慣性矩。

b. X或Y方向板的變形計算

兩個方向板的變形計算方法也完全相同，為了方便，以X方向板的變形計算為例進行說明。首先假定X方向板的兩端為固定，并認為板的彎矩和剛度沿Y方向均勻分布，則得到板X方向變形的跨中撓度參考值為:

由于沿板寬Y方向板的實際彎矩分布及剛度是變化的，所以需要對參考撓度進行修正，這樣即得到柱上板帶與跨中板帶更符合實際情況的不同撓度值。修正系數采用各板帶的M/EI與等代框架整體的M/EI之比。根據等代框架計算原理，柱上板帶與跨中板帶的正負彎矩分配系數不同，取其平均值0.65:0.35，則得到修正后的撓度為:

三 結論

本文主要對空心無梁樓蓋地下車庫結構的構造設計問題進行了探討，主要結論如下：

1、現澆空心無梁樓蓋地下車庫的擬梁在樓蓋平面范圍內可按以下方案布置：無粱樓蓋跨中板帶等代為一根擬梁，柱上板帶暗梁作為一根擬梁，柱上板帶在暗梁和跨中板帶之間的部分各平均等代為兩根擬梁；

2、不同的擬梁布置形式對框架柱的內力計算結果影響很小，因此可以直接用SAME程序計算的擬梁法中框架柱的內力計算結果和配筋結果。

3、設置柱帽可以降低樓蓋板中彎矩，通過將柱截面加大的方法來考慮柱帽對空心無梁樓蓋彎矩的影響是可行的。

參考文獻

[1]李國勝，簡明高層鋼筋混凝土結構設計手冊(第二版)，中國建筑工業出版社，2003.

[2]現澆混凝土空心樓蓋結構設計規程，中國計劃出版社，2004.

[3]朱聘孺，雙向板無梁樓蓋，北京:中國工業出版社，1999.