龍灣城市中心區(qū)大型地下停車(chē)庫(kù)無(wú)梁底板計(jì)算設(shè)計(jì)與分析

龍灣城市中心區(qū)大型地下停車(chē)庫(kù)無(wú)梁底板計(jì)算設(shè)計(jì)與分析

李崇鈴，周建榮，陳偉偉

（溫州市建筑設(shè)計(jì)研究院，浙江溫州 325000）

基礎(chǔ)底板無(wú)梁體系因傳力直接、能最大限度地?cái)U(kuò)大樓層凈高而且具有施工支模簡(jiǎn)單、樓面鋼筋綁扎方便，以及設(shè)備安裝方便、可提高施工速度等優(yōu)點(diǎn)，近些年得到了廣泛應(yīng)用。該文以一基礎(chǔ)無(wú)梁底板為例，將承臺(tái)模擬為柱帽，通過(guò)精細(xì)有限元模型分析了承臺(tái)加腋以及在荷載作用下正常柱帽、上翻柱帽、上翻柱帽加腋等幾種柱帽的受力狀況。通過(guò)對(duì)比這幾種柱帽在同等荷載下的受力及變形狀況，總結(jié)了這幾種柱帽形式在荷載作用下的優(yōu)缺點(diǎn)以及在基礎(chǔ)底板設(shè)計(jì)中當(dāng)采用無(wú)梁體系時(shí)需要注意的地方。同時(shí)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)往往采用簡(jiǎn)化中對(duì)中模型計(jì)算，這同實(shí)際狀況存在差別，是需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中多加注意的。

無(wú)梁樓蓋；板柱結(jié)構(gòu)；柱帽受力；有限元分析

1 工程概況

工程為溫州龍灣區(qū)城市中心區(qū)F地塊大型地下停車(chē)場(chǎng)及其配套工程，為兩層地下室。地下室總建筑面積96407m2，其中地下一層建筑層高4.5m，地下二層建筑層高4.3m；地下一層建筑面積45536m2，地下二層建筑面積50871m2，地上建筑面積1810m2。由于該項(xiàng)目時(shí)間要求較緊，為了縮短工期及提高綜合效益，最后地下室底板采用無(wú)梁體系。該工程典型柱距10.8m，基底為淤泥質(zhì)土，場(chǎng)地為濕潤(rùn)地區(qū)弱透水環(huán)境，環(huán)境類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，地下水位埋深較淺，采用抗拔樁基礎(chǔ)。由于為兩層地下室故水浮力較大，水浮力荷載設(shè)計(jì)值達(dá)到90kN/m2，混凝土等級(jí)為C35。該工程采用機(jī)械鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，變形較均勻且柱網(wǎng)規(guī)則，故可采用倒樓蓋模型來(lái)進(jìn)行模擬計(jì)算，樁承臺(tái)可模擬成柱帽。

2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

2.1 模型數(shù)據(jù)

本文采用SLABCAD來(lái)分析該工程的無(wú)梁底板體系。樁和承臺(tái)布置如圖1所示。底板厚度采用600㎜，樁承臺(tái)厚1300㎜（包括底板），柱距10.8m，典型承臺(tái)長(zhǎng)寬為4000㎜×4000㎜，承臺(tái)按照矩形托板柱帽模擬。

地下一層層高4.5m，地下二層層高4.3m，底板厚0.6m，總深9.4m。

圖1 承臺(tái)布置圖

水浮力：9.4×10=94 kN/m2

水浮力分項(xiàng)系數(shù)：1.1底板自重：0.6×25=15 kN/m2

自重分項(xiàng)系數(shù)：0.9（起有利作用）

94×1.1-15×0.9=89.9 kN/m2(基底凈反力，取整為90 kN/m2)

按照恒載輸入時(shí)，取分項(xiàng)系數(shù)取為1.35，則其標(biāo)準(zhǔn)值輸入時(shí)應(yīng)為：

89.9 ÷1.35=66.6kN/m2采用倒樓蓋來(lái)計(jì)算，SLABCAD計(jì)算時(shí)，樓板按照自重自動(dòng)計(jì)算，則需扣除自重，故恒載輸入的標(biāo)準(zhǔn)值為：66.6-0.6×25=51.6 kN/m2，故最后荷載輸入情況為：恒載：51.6 kN/m2

樓板自重：0.6×25=15 kN/m2

活荷載：0.2 kN/m2（軟件要求需要輸入活載，因此輸入一個(gè)小值）。

2.2 沖切計(jì)算

承臺(tái)厚1300mm，有效高度取1230mm，底板厚600mm，有效高度取540mm。

承臺(tái)處沖切（沖切線1）：

沖切力：

FI=10.82X90-(0.8+2X1.23)2X90=9541kN

[FI]=0.7βhημmh0

其中μ為沖切影響系數(shù)，按規(guī)范取值：

[FI]=0.7X1.0X1.57X106X1X(0.7+1.23)X4X1.23=10436kN [FI]>FI滿(mǎn)足要求。

承臺(tái)外沖切（沖切線2）：

沖切力：

Fi=10.82X90-42X90=9057kN

[FI]=0.7X1.0X1.57X106X1X(4-0.54)X4X0.54=8213kN

[FI]＜FI不滿(mǎn)足要求。

采取承臺(tái)45°加腋的方式（沖切線2）：

[FI]=0.7X1.0X1.57X106X1X(4+0.7X2-0.54)X4X0.54 =11537kN

但是需要注意的是，雖然電熱毯通電后產(chǎn)生的電場(chǎng)及磁場(chǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，但由于人在睡眠時(shí)，會(huì)直接與電熱毯接觸。如果我們?cè)谒X(jué)時(shí)保持電熱毯通電的狀態(tài)，則會(huì)直接與電熱毯進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的接觸。這對(duì)于懷孕1個(gè)月以?xún)?nèi)的孕媽媽而言，使用電熱毯有可能成為導(dǎo)致其流產(chǎn)或胎兒發(fā)育不正常的因素之一。

[FI]>FI滿(mǎn)足要求，并有較多余量。

故最后采用加腋的方式。

2.3 配筋計(jì)算

采用如上所述的模型數(shù)據(jù)在SLABCAD中建立計(jì)算模型，如圖2所示，計(jì)算中偏保守地未考慮承臺(tái)（柱帽）加腋的情況。有限元?jiǎng)澐纸Y(jié)果如圖3所示。

圖2 SLABCAD計(jì)算模型

圖3 SLABCAD有限元?jiǎng)澐纸Y(jié)果

SLABCAD計(jì)算后可以給出板計(jì)算結(jié)果的有限元點(diǎn)值，及每個(gè)有限元節(jié)點(diǎn)的彎矩及配筋結(jié)果。而在后處理中可以按照板帶的方式給出彎矩及配筋結(jié)果，其值為板帶寬度范圍內(nèi)的有限元分析節(jié)點(diǎn)值經(jīng)過(guò)積分后的結(jié)果，圖面顯示的含義為同梁配筋結(jié)果，這樣就方便設(shè)計(jì)人員驗(yàn)算及核對(duì)配筋。本文的柱上板帶寬度和跨中板帶寬度均為柱跨的一半，即5.4m。板帶彎矩標(biāo)準(zhǔn)值如圖4、圖5所示，配筋結(jié)果如圖6所示。其中跨中板帶的配筋結(jié)果在電算中為按照0.25%的構(gòu)造配筋，而實(shí)際中底板的構(gòu)造配筋最低允許按照0.15%，故跨中板帶的配筋結(jié)果需要我們根據(jù)實(shí)際彎矩值來(lái)進(jìn)行配筋，如圖6和圖7跨中板帶配筋結(jié)果。板帶計(jì)算結(jié)果如表1所示。

圖4 柱上板帶彎矩標(biāo)準(zhǔn)值

圖5 跨中板帶彎矩標(biāo)準(zhǔn)值

圖6 柱上板帶及跨中板帶配筋結(jié)果

圖7 柱上板帶及跨中板帶配筋結(jié)果

表1 SLABCAD計(jì)算結(jié)果及配筋

同時(shí)，采用文獻(xiàn)[1]第十章方法進(jìn)行手算對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 手算結(jié)果及配筋

對(duì)比表1和表2可以發(fā)現(xiàn)：柱上板帶的支座手算彎矩值要小于電算彎矩值，其他部位的彎矩值手算結(jié)果均大于電算結(jié)果。跨中板帶手算結(jié)果中，支座彎矩要大于跨中彎矩。產(chǎn)生如此差異的原因在于：

（2）手算的處理方式類(lèi)似于梁板式樓板，且未充分考慮柱帽的作用，故跨中彎矩較電算結(jié)果大。

（3）有限元電算結(jié)果更符合實(shí)際受力情況，樓板實(shí)際為點(diǎn)支撐，柱帽處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，因此電算結(jié)果的柱上板帶支座彎矩值要大很多。

柱上板帶支座手算彎矩小于電算結(jié)果，而配筋卻大于電算結(jié)果，產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因是手算計(jì)算配筋時(shí)未考慮柱帽厚度而取板的厚度，若計(jì)算采用柱帽厚度則配筋可以減少。手算結(jié)果中若采用文獻(xiàn)[1]方法修正，則可以降低柱上板帶支座配筋，而跨中配筋則顯著增加

2.4 承臺(tái)加腋分析

由于對(duì)承臺(tái)采取了加腋措施，為了考慮加腋的影響，對(duì)承臺(tái)加腋進(jìn)行了對(duì)比分析。采用國(guó)際通用有限元軟件ANSYS來(lái)分析正常柱帽、上翻柱帽、上翻加腋柱帽三種柱帽在同等條件下的受力狀況。計(jì)算中采用solid95實(shí)體單元來(lái)模擬，泊松比為0.2，彈性模量EX為200000N/mm2，荷載為0.067N/mm2，采用為6×6跨的1/4模型。材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值，分析結(jié)果如表3所示。

表3 三種柱帽形式結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

通過(guò)比較我們可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)柱帽上翻時(shí)其受力狀況要比正常柱帽差，變形為正常柱帽的1.1倍左右，最大拉應(yīng)力為正常柱帽的1.5倍左右，最大壓應(yīng)力略大于正常柱帽。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)柱帽上翻后，其同板連接的凹角處受到很大的拉應(yīng)力，為薄弱部位。故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)柱帽同板交接部位的抗裂措施。

若將上翻柱帽加腋處理，變形為正常柱帽的0.93倍左右，略微改善，但是最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力分別為正常柱帽的0.62倍和0.77倍，改善較大。同時(shí)同板連接部位的凹角的應(yīng)力集中狀況也得到了改善。由于拉應(yīng)力主要集中在柱帽頂部，故其裂縫最易先從柱帽頂部開(kāi)展，從圖11中我們可以驗(yàn)證。

圖8 結(jié)構(gòu)最大變形

圖9 第一主應(yīng)力最大值（拉應(yīng)力）

圖10 第一主應(yīng)力最大值（壓應(yīng)力）

圖11 無(wú)梁樓蓋裂縫分布情況

3 結(jié)論及建議

3.1 分析結(jié)論

（1）無(wú)梁樓蓋有限元計(jì)算結(jié)果中，柱帽部位應(yīng)力集中，柱上板帶支座的彎矩及配筋均要大于手算結(jié)果。而其他部位的彎矩及配筋手算結(jié)果要大于電算有限元結(jié)果。

（2）跨中板帶的支座彎矩較大，手算結(jié)果中約為有限元結(jié)果的兩倍。而無(wú)梁樓蓋實(shí)際為點(diǎn)支撐，并非邊支撐，因此跨中板帶的支座彎矩可以進(jìn)行折減，但不宜小于跨中彎矩。

（3）目前的設(shè)計(jì)計(jì)算軟件在計(jì)算有柱帽無(wú)梁樓蓋時(shí)均采用中對(duì)中計(jì)算模型，該計(jì)算模型實(shí)際的受力狀況介于正常柱帽和上翻柱帽之間。

（4）對(duì)上翻柱帽采取加腋措施可以改善柱帽上翻后帶來(lái)的不利影響。不僅可以改善沖切狀況，同時(shí)可以改善柱帽部位的拉壓應(yīng)力及結(jié)構(gòu)的變形。

3.2 設(shè)計(jì)建議

（1）當(dāng)?shù)叵率抑嘁?guī)則差別不大，同時(shí)不均勻沉降較小的情況下，可采用倒樓蓋方法計(jì)算無(wú)梁底板，局部區(qū)域可設(shè)置地梁。無(wú)梁底板具有建造方便、支模簡(jiǎn)便、施工工期短，同時(shí)可以減少挖方量等優(yōu)點(diǎn)，因此采用無(wú)梁底板具有較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

（2）上翻柱帽的沖切計(jì)算同正常柱帽相比有差別，如圖中的沖切線2。沖切線2所處部位的沖切計(jì)算周長(zhǎng)比正常柱帽要小，因此偏于不利，需要手算校核。

（3）上翻柱帽沖切線2部位計(jì)算時(shí)若沖切承載力不滿(mǎn)足條件，且同沖切力相差不大時(shí)可采取加腋措施來(lái)加強(qiáng)。若沖切承載力不足且同沖切力相差較大時(shí)，則應(yīng)考慮加厚底板和柱帽。

（4）柱上板帶支座部位（承臺(tái)）的配筋應(yīng)根據(jù)板帶柱邊的配筋值確定，如圖6所示承臺(tái)的配筋應(yīng)為215.5cm2；而柱上板帶通長(zhǎng)鋼筋則應(yīng)根據(jù)板帶柱帽邊（承臺(tái)邊）的配筋值確定，如圖7所示承臺(tái)的配筋應(yīng)為115.4cm2。柱邊緣和柱帽邊緣配筋及彎矩相差較大，這是因?yàn)閺闹边吘壦闫鸬目缍纫∮趶闹吽闫稹４送猓习鍘У膹澗卦谥ё浇南陆堤荻群艽螅鐖D4所示。

（5）上翻柱帽加腋后宜適當(dāng)考慮加腋的影響。圖7中未考慮加腋影響時(shí)，其柱上板帶柱帽邊配筋為115.4cm2。適當(dāng)考慮加腋影響，將承臺(tái)每邊延伸250mm，承臺(tái)擴(kuò)大為4500×4500后，柱上板帶柱帽邊配筋降低為85.0cm2。這是因?yàn)閺闹ё娇缰校习鍘澗刂到档偷奶荻仁呛艽蟮模ㄈ鐖D4）。因此加腋措施可以減少板帶的通長(zhǎng)筋。

（6）除柱上板帶支座彎矩及配筋的有限元計(jì)算結(jié)果要大于手算結(jié)果外，其他部位彎矩及配筋的有限元計(jì)算結(jié)果均要小于手算結(jié)果。因此根據(jù)精確的有限元計(jì)算結(jié)果可以較大地減少配筋，因?yàn)楦鶕?jù)有限元結(jié)果，我們只需對(duì)柱上板帶支座負(fù)彎矩區(qū)進(jìn)行加強(qiáng)。倘若負(fù)彎矩區(qū)計(jì)算配筋過(guò)大，可考慮塑性調(diào)幅，但調(diào)幅幅度不應(yīng)太大。調(diào)幅時(shí)可適當(dāng)降低柱上板帶負(fù)彎矩，同時(shí)增大跨中正彎矩。

（7）根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果配筋，充分利用了大板的承載能力，因此對(duì)大板施工質(zhì)量提出了更高的要求。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意對(duì)大板跨中正彎矩區(qū)域配筋的適當(dāng)加強(qiáng)。

[1]李國(guó)勝.多高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化與合理構(gòu)造[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]王曉峰，趙勇.05SG343現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2005.

[3]謝靖中.現(xiàn)澆空心板宏觀基本本構(gòu)關(guān)系[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006（06）.

[4]程志軍，王曉峰，白生翔，等.CECS 175:2004現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2004.

責(zé)任編輯：孫蘇

玻璃隔斷選材注意要點(diǎn)

在裝修中使用玻璃，不僅利于采光，使室內(nèi)外的景觀連為一體，減少狹小空間的緊縮感覺(jué)，而且還能體現(xiàn)主人時(shí)尚現(xiàn)代的獨(dú)特氣質(zhì)。因此，玻璃逐漸成為家庭裝修中的新寵。普通消費(fèi)者也許不太清楚，看似普通的玻璃種類(lèi)繁多，根據(jù)不同需要選取相應(yīng)的玻璃非常必要。

在常見(jiàn)的玻璃隔斷中，普通玻璃隔斷簡(jiǎn)潔明快，彩色玻璃隔斷清麗脫俗，噴砂或雕刻玻璃隔斷高貴優(yōu)雅，裂紋玻璃隔斷空靈神秘……迥異的視覺(jué)效果其實(shí)全都是依賴(lài)不同的選材創(chuàng)造出來(lái)的。

裂紋效果的玻璃隔斷必須由特殊的鋼化玻璃撞擊碎裂后，經(jīng)特殊工藝膠合而成，因此不會(huì)有兩塊相同的圖案出現(xiàn)，符合現(xiàn)代人追求個(gè)性的特點(diǎn)。選擇這樣的玻璃隔斷首要的一點(diǎn)就是挑選花紋。裂紋舒展清新的效果最好。

普通玻璃隔斷看似簡(jiǎn)單其實(shí)不然。其中最好的是目前市場(chǎng)上還不多見(jiàn)的夾層玻璃。這種玻璃的優(yōu)勢(shì)在于表面看上去與普通玻璃并無(wú)兩樣，但在意外撞擊發(fā)生時(shí)，玻璃碎片將被牢固地粘在玻璃中的SaflexPVB薄膜上，不會(huì)崩濺出碎片，更不會(huì)對(duì)人身安全造成威脅。玻璃專(zhuān)家指出，夾層玻璃是完全意義上的安全玻璃。

（摘自：中國(guó)墻體材料網(wǎng)）

（敬請(qǐng)作者速與本刊編輯部聯(lián)系，以便付酬）

Calculation Design and Analysis of Large Beamless Underground Garage in the Central Area of Longwan City

Beamless floor has been widely applied in recent years because it can transfer stress directly and enlarge building net height to the largest extent and has the advantages of simple construction framework,convenient steel bar binding,easy equipment installation and speedy construction progress.Based on a practical case of the foundation with beamless floor,the pile cap is simulated as the cap to analyze with FEM the haunched pile cap and the stress of normal cap,upturning cap and haunched upturning cap under loading effect.According to the analysis,benefits and backdraws of these caps under loading effect as well as some tips for the application of beamless system are summarized.Meanwhile,simplified medium axis to medium axis model is applied in design calculation,but it differs from the reality and deserves more attention in design process.

flat slab;plat-column structure;cap stress;FEM

TU470

A

1671-9107（2013）03-0051-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.03.051

2012-12-31

李崇鈴（1963-），男，浙江溫州人，本科，高級(jí)工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師，主要從事軟土地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)及研究。