淺析倒無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)在地下室底板中的應(yīng)用

蘇志斌

摘 要：文章以A工程項(xiàng)目為計(jì)算模型，使用PKPM計(jì)算軟件對(duì)倒無(wú)梁樓蓋和倒梁板式樓蓋這兩種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析，分別建模計(jì)算，對(duì)兩種計(jì)算結(jié)果的混凝土用量和鋼筋用量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析比較。結(jié)果表明，對(duì)大跨度的地下室底板，采用倒無(wú)梁樓蓋形式是比較經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：倒無(wú)梁樓蓋；地下室；經(jīng)濟(jì)性

1 概述

無(wú)梁樓蓋早在1906年始創(chuàng)于美國(guó)，它是指直接支撐于柱上的雙向受力樓蓋結(jié)構(gòu)，在樓蓋中不設(shè)梁，樓板與柱構(gòu)成板柱結(jié)構(gòu)體系，具有結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單，整體性好，凈空利用率高，可有效降低建筑層高等優(yōu)點(diǎn)。由于地下室底板承受底板自重、樓面荷載與水浮力作用，故將無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)倒置，用于地下室底板設(shè)計(jì)中，是一種近年來(lái)較為常見(jiàn)的設(shè)計(jì)方案。文章通過(guò)A工程對(duì)倒無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)與倒梁板樓蓋結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)性上進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，在地下室底板設(shè)計(jì)中，特別是大跨度的柱網(wǎng)，采用倒無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)更為經(jīng)濟(jì)。

2 工程概況

A工程為一小區(qū)規(guī)劃的三期工程中的第二期工程，其中地下室橫跨一、二、三期用地，二期工程的地下室面積為15889m2。地下室底板板面標(biāo)高為2.950m，無(wú)覆土，設(shè)計(jì)抗浮水位標(biāo)高6.950m（以上標(biāo)高均為黃海高程）。

3 地下室底板設(shè)計(jì)方案的確定

地下室底板主要承受水浮力作用。為了便于分析比較，文章對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，確定分析模型，兩種結(jié)構(gòu)形式的模型都取跨度較大的精品店底下，x方向5跨、y方向5跨的一層框架體系。荷載模擬凈浮力工況，荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：恒載36.0kN/m2，活載0.1kN/m2。梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，柱為C35，梁板鋼筋均采用HRB400。現(xiàn)在按倒無(wú)梁樓蓋和倒梁板樓蓋兩種結(jié)構(gòu)形式分別計(jì)算如下：

3.1 倒無(wú)梁樓蓋式底板

本工程無(wú)梁樓蓋采用有限元分析法。在具體工程中，應(yīng)用了PKPM中的SLBACAD模塊進(jìn)行計(jì)算。以下為在SLABCAD中的建模過(guò)程：

（1）PMCAD“建筑模型與荷載輸入”時(shí)，無(wú)梁樓蓋除樓板周邊和局部高差處布置結(jié)構(gòu)梁外，其余的一般布置虛梁。本工程邊梁的截面尺寸，按300mm×750mm布置，無(wú)梁樓蓋板厚均按300mm輸入，在柱中心線上布置100mm×100mm的虛梁。

（2）特殊構(gòu)件的補(bǔ)充定義，樓板要定義成“彈性板6”。我們這樣定義，SATWE軟件能真實(shí)模擬樓板平面內(nèi)和平面外的剛度，就可以直接對(duì)無(wú)梁樓蓋體系進(jìn)行三維分析計(jì)算。另一點(diǎn)需要注意的是，由于在此定義了彈性樓板，我們必須選擇“總剛算法”進(jìn)行計(jì)算。

（3）無(wú)梁樓蓋的整體分析計(jì)算完成后，我們可以利用結(jié)構(gòu)中的SLABCAD模塊進(jìn)行樓蓋的分析計(jì)算。首先選擇第一步“樓板數(shù)據(jù)生成及預(yù)應(yīng)力信息輸入”菜單來(lái)生成有關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)。接下來(lái)在SLBACAD模塊輸入柱帽，柱帽為矩形頂板柱帽，柱帽尺寸按基礎(chǔ)尺寸輸入。進(jìn)行樓蓋的分析計(jì)算，可進(jìn)行均布面荷載、線荷載作用下的樓板內(nèi)力計(jì)算和配筋，并能對(duì)柱帽進(jìn)行抗沖切驗(yàn)算等。有限元單元最大邊長(zhǎng)取1000mm。

（4）SLABCAD的以上數(shù)據(jù)輸入完畢后我們就可以通過(guò)第二步“樓板分析與配筋設(shè)計(jì)”菜單對(duì)無(wú)梁樓蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算了，由于我們是倒無(wú)梁樓蓋的形式，其中板頂保護(hù)層厚度按50mm，板底保護(hù)層厚度按20mm輸入，才符合實(shí)際受力狀況。對(duì)無(wú)梁樓蓋的計(jì)算內(nèi)容主要包括樓板的內(nèi)力、位移、配筋計(jì)算及板的沖切驗(yàn)算等。計(jì)算完畢后再通過(guò)第三步“分析結(jié)果輸出與圖形顯示”菜單查詢其計(jì)算結(jié)果，主要內(nèi)容為板撓度W，板彎矩Mx、My，配筋A(yù)s等數(shù)據(jù)。在第四步“板帶交互設(shè)計(jì)及驗(yàn)算”中，所有的計(jì)算結(jié)果以板帶寬度的劃分以梁的形式表現(xiàn)出來(lái)。

（5）第四步得出的計(jì)算結(jié)果中，板的抗沖切、撓度、配筋等結(jié)果可直接選用，但程序還無(wú)法進(jìn)行裂縫計(jì)算，需要手工復(fù)核，通常我們要分別對(duì)柱上板帶的柱邊、柱帽邊和跨中，跨中板帶的支座邊和跨中等正負(fù)彎矩最大的地方進(jìn)行驗(yàn)算，柱帽區(qū)域內(nèi)彎矩取值時(shí)可按彎矩點(diǎn)值取平均值計(jì)算，柱帽區(qū)域外取驗(yàn)算部位的最大值，舉例如圖1所示：

X向柱上板帶裂縫驗(yàn)算彎矩及驗(yàn)算截面取值：

M柱邊支座=（238.99+907.74+255.65）/3=465.79kN.m/mbxh=3900mmx700mm

M柱帽邊支座=（71.10+10.09+74.85）/3=52.01kN.m/mbxh=1000mmx300mm

其余部分按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）第7章第1節(jié)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

最后配筋結(jié)果部分截圖如圖2所示：

3.2 倒梁板樓蓋式底板

3.2.1 倒梁板式樓蓋在PMCAD模型輸入中，考慮都是大跨度板塊，板厚統(tǒng)一按400mm輸入，梁截面X方向跨度較小，梁寬按350寬，梁高按跨度的1/9～1/10輸入；Y方向跨度較大，梁寬按400寬，梁高按跨度的1/9輸入，按以上參數(shù)建立模型。

3.2.2 倒梁板樓蓋結(jié)構(gòu)形式在PKPM軟件中，可以直接進(jìn)行裂縫計(jì)算，通過(guò)在“參數(shù)修改”選擇“根據(jù)裂縫自動(dòng)選筋”，自動(dòng)調(diào)整配筋以滿足裂縫寬度的要求，梁和板最大裂縫寬度按板面0.3mm，板底0.2mm控制，最后配筋結(jié)果部分截圖如圖3和圖4所示：

4 兩種結(jié)構(gòu)形式計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4.1 混凝土用量

計(jì)算兩種結(jié)構(gòu)形式的混凝土用量，結(jié)果如表1。

表1 混凝土用量比較表（單位：t/m2）

從數(shù)據(jù)上看，兩種結(jié)構(gòu)形式的混凝土用量很接近，但倒無(wú)梁樓蓋的柱帽是按照按基礎(chǔ)尺寸輸入，已經(jīng)包括了基礎(chǔ)的混凝土用量，所以兩種結(jié)構(gòu)形式比較下，倒無(wú)梁樓蓋優(yōu)于倒梁板樓蓋。

4.2 鋼筋用量

計(jì)算兩種結(jié)構(gòu)形式的鋼筋用量，結(jié)果如表2

表2 鋼筋用量比較表（單位：kg/m2）

從以上數(shù)據(jù)看，倒無(wú)梁樓蓋比倒梁板樓蓋節(jié)省不了多少鋼筋量，但由于倒無(wú)梁樓蓋的柱帽就是底板基礎(chǔ)，柱帽配筋其實(shí)就是基礎(chǔ)的配筋，因此倒無(wú)梁樓蓋的實(shí)際鋼筋用量只有37.74kg/m2，和倒梁板樓蓋的57.12kg/m2的鋼筋量相比，在鋼筋用量上，倒無(wú)梁樓蓋仍然優(yōu)于倒梁板樓蓋。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章A工程地下室底板的模型計(jì)算，在地下室底板按照正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，倒無(wú)梁樓蓋式底板鋼筋用量節(jié)省了34%，混凝土用量節(jié)省了35%。因此，在本工程地下室底板的兩種設(shè)計(jì)方案中，倒無(wú)梁樓蓋式的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于倒梁板式樓蓋。

另外在施工方面，倒無(wú)梁樓蓋比倒梁板樓蓋更能縮短工期，由于沒(méi)有大量的主次梁，施工單位能夠減少模板的損耗，支、拆模方面更加快速便捷，降低施工工時(shí)，節(jié)約大量的施工成本。

參考文獻(xiàn)

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