地下車庫(kù)中無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的探討

陳向東

(中聯(lián)環(huán)建文建筑設(shè)計(jì)有限公司，北京100098)

無(wú)梁樓蓋廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，特別是地下車庫(kù)，由于其施工簡(jiǎn)便，能有效增加樓層凈高，減少開(kāi)挖深度而受到業(yè)主的歡迎，下面筆者以近年來(lái)對(duì)此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)中要遇到的一些結(jié)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 無(wú)梁樓蓋各結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的經(jīng)驗(yàn)取法

1.1 無(wú)梁板厚的取值

無(wú)梁板厚的確定可以參考文獻(xiàn)1[1]。以非預(yù)應(yīng)力的有托板樓板為例，文獻(xiàn)1推薦的板厚為不宜小于長(zhǎng)跨跨度的1/35，若柱距為8 m，即板厚不宜小于250 mm。需要指出的是，對(duì)于一般的室內(nèi)停車、辦公、餐飲等功能的房間，這個(gè)厚度是合理的，但若是板上有覆土、消防車荷載或其它較重的荷載時(shí)，則板厚應(yīng)適當(dāng)加大，比如筆者在某項(xiàng)目中8.1 m的柱距，2 m的覆土，取板厚為400 mm，板太薄則沖切計(jì)算及板配筋計(jì)算都會(huì)有問(wèn)題。

1.2 柱帽的取值

柱帽的尺寸是與頂板厚匹配的，是根據(jù)柱對(duì)頂板的沖切、頂板配筋、設(shè)備專業(yè)管線綜合等各方面條件而綜合確定的。一般有如下幾種形狀可選擇:1)錐形2)矩形3)上述兩種形狀的組合，一般變階不超過(guò)2次。

柱帽的作用有兩個(gè):一是減小板的計(jì)算跨度，降低板配筋;二是保證柱對(duì)頂板的沖切。

筆者推薦使用矩形柱帽，主要原因有兩個(gè):1)施工方便;2)常用的Slabcad進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)無(wú)法考慮錐形部分的高度。所以優(yōu)先選擇矩形，若沖切不滿足時(shí)，可在柱根處局部錐形變階。

1.3 柱尺寸的取值

對(duì)于非抗震結(jié)構(gòu)中的柱，主要以滿足軸壓比為主，對(duì)于抗震結(jié)構(gòu)中的柱，則還要滿足抗震的需要。對(duì)于大面積地下車庫(kù)而言，與主樓相接的2～3跨外的柱一般可按非抗震考慮，柱配筋一般均為構(gòu)造配筋，所以柱的成本增長(zhǎng)主要考慮柱的混凝土用量及標(biāo)號(hào)的關(guān)系，以及柱本身占的建筑面積對(duì)建筑可用面積的影響。如果項(xiàng)目對(duì)柱間凈距要求比較高時(shí)，可適當(dāng)提高柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)以減小柱截面。

經(jīng)成本核算，柱的截面尺寸對(duì)造價(jià)的影響大于強(qiáng)度等級(jí)的影響，所以軸壓力滿足規(guī)范要求的前提下，柱截面最小是較經(jīng)濟(jì)的選擇。

下面是經(jīng)方案比選給出的8m×8m柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)組合的建議:

表1 無(wú)消防車荷載時(shí)8 m×8 m柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)組合建議

見(jiàn)表2

表2 有消防車荷載時(shí)8 m×8 m柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)組合建議

1.4 墻厚的取值

地下車庫(kù)的墻主要包括地下外墻、人防墻、風(fēng)井外墻、樓梯外墻等。墻厚除要滿足外墻擋土、人防等要求外，一般還要考慮與頂板厚度的匹配，比如板厚取200 mm，則墻厚以取250～300 mm為宜;板厚取400 mm，則墻厚以取300～400 mm為宜。一方面是保證墻能對(duì)頂板有一定的約束，一方面是便于無(wú)梁樓板鋼筋的錨固。因?yàn)橥ǔＯＭ宓匿摻钤趬?nèi)能有0.4 La(LaE)的水平長(zhǎng)度，以板混凝土C30，非抗震設(shè)計(jì)為例，核算公式如下:

B墻－30≥0.4La=0.4x35d

計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3:

表3 非抗震時(shí)的水平板筋錨固要求

所以，墻厚的尺寸是與板鋼筋的直徑相關(guān)的，由于柱上板帶在柱帽處的附加鋼筋通常較大，直徑一般在20 mm以上，所以筆者推薦墻厚盡量在300 mm以上。

2 無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)的計(jì)算要點(diǎn)

地下車庫(kù)無(wú)梁樓蓋的計(jì)算主要包括如下若干方面。

1)墻、柱等豎向構(gòu)件;

2)局部框架梁、封邊梁、次梁的計(jì)算;

3)柱帽處計(jì)算，也即柱對(duì)頂板的沖切計(jì)算;

4)頂板的配筋計(jì)算。

其中前兩者是通過(guò)整體計(jì)算得到結(jié)果，后兩者是通過(guò)對(duì)無(wú)梁頂板的計(jì)算得到結(jié)果。

3 整體計(jì)算的方法

無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算是在Setwe中進(jìn)行整體分析的。首先在Pmcad中建立整體模型，以虛梁或等代框架梁連接柱網(wǎng)，布上樓板、荷載等，再進(jìn)入Setwe進(jìn)行整體計(jì)算，得到墻柱的結(jié)果。豎向構(gòu)件除考慮地震等水平作用或活荷載不均勻布置等情況會(huì)有計(jì)算配筋外，其它情況一般均為構(gòu)造配筋。

這里需要注意幾個(gè)問(wèn)題:

1)無(wú)梁樓板應(yīng)設(shè)為彈性板6。由于Pkpm默認(rèn)樓板為彈性膜(只能真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)剛度)，當(dāng)設(shè)為彈性板6(真實(shí)計(jì)算樓板的平面內(nèi)和平面外剛度)，才可以考慮樓板對(duì)墻柱的剛度。

2)采用虛梁時(shí)，宜加密梁格，比如8 m的柱網(wǎng)，劃分為3～4個(gè)格，這樣可以使無(wú)梁樓板的剛度對(duì)柱的約束更真實(shí)。

3)采用等代框架梁時(shí)，由于Pkpm不能扣除梁板重疊部分的梁自重，宜人工扣除。這里有兩種方法。一是在輸面荷載時(shí)，人為少輸一些;二是在梁上輸一個(gè)向上的線荷載，把梁自重抵消掉。另外，由于Pmcad輸不了柱帽，若想考慮這部分荷載，可以在柱上加一個(gè)點(diǎn)荷載，也可以面載加大一點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化處理。

4 無(wú)梁樓板的計(jì)算

對(duì)無(wú)梁樓板的計(jì)算，有許多種方法，具體可參見(jiàn)文獻(xiàn)1[1]中的詳細(xì)描述。

下面歸納如下:

1)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法

人工計(jì)算出各截面的彎矩，再按一定系數(shù)分配到柱上板帶和跨中板帶，再得出配筋結(jié)果。這種方法需要大量的人工計(jì)算，且僅適合于規(guī)則的柱網(wǎng)。

2)等代框架法

將板簡(jiǎn)化成一定寬度、厚度同板厚的框架梁，得到該等代框架梁的彎矩后，按一定系數(shù)分配到柱上板帶和跨中板帶，再得出配筋結(jié)果。這種方法同樣需要大量的人工計(jì)算，且僅適合于規(guī)則的柱網(wǎng)。

3)理正工具箱計(jì)算法

原理同法2)，只不過(guò)用小程序來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算，能直接得到柱上板帶和跨中板帶的驗(yàn)算結(jié)果。同樣也只適用于規(guī)則的柱網(wǎng)。

4)Slabcad有限元計(jì)算法

Slabcad是接力Pmcad和Setwe進(jìn)行無(wú)梁樓板設(shè)計(jì)的程序，可以把豎向荷載和從Setwe讀來(lái)的水平荷載進(jìn)行組合，然后進(jìn)行有限元設(shè)計(jì)，并且可以方便地得到柱上板帶和跨中板帶的計(jì)算結(jié)果。適用于各種復(fù)雜的情況。

5)Etabs、sap2000 計(jì)算法

類似于Slabcad，也是有限元計(jì)算，得到內(nèi)力和配筋的計(jì)算云圖。只是輸出板帶的配筋數(shù)據(jù)不太方便。作為國(guó)際權(quán)威計(jì)算軟件，同樣適用于各種復(fù)雜情況。

筆者推薦用Slabcad進(jìn)行計(jì)算，這主要是現(xiàn)在地下車庫(kù)有時(shí)候柱網(wǎng)不是完全規(guī)則，外墻輪廓有時(shí)也比較復(fù)雜，有時(shí)還要開(kāi)比較大的風(fēng)井和樓梯間，剪力墻筒的布置也比較靈活。Slabcad能夠直接給出板帶的配筋和柱的沖切計(jì)算結(jié)果，滿足設(shè)計(jì)的要求。另外，可以在規(guī)則的柱網(wǎng)處取幾個(gè)有代表性的截面進(jìn)行理正核算。經(jīng)比較，這幾種方法的計(jì)算結(jié)果基本是吻合的。

5 一些有爭(zhēng)議問(wèn)題的探討

5.1 地下室外墻沿線可不設(shè)柱、柱帽及柱上板帶

筆者認(rèn)為沿地下外墻為板的剪切控制，可以不設(shè)柱帽。如果邊跨較小，可以不設(shè)邊柱及柱帽，如果邊跨的跨度接近標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，可設(shè)邊柱及柱帽，但這也不是為了沖切要求，而是因?yàn)檫吙绲倪呏ё鶠榘牍贪脬q，跨中底鋼筋會(huì)大一些，若沒(méi)有柱帽則計(jì)算跨度會(huì)更大，底筋相應(yīng)也更大，設(shè)柱帽后會(huì)使邊跨與內(nèi)跨的配筋相協(xié)調(diào)。

另外，由于此處有外墻作為板的支座，所以也沒(méi)必要設(shè)置柱上板帶。

5.2 Slabcad中的結(jié)果取至柱邊是合理的

配筋截面的選擇有三種意見(jiàn):1)柱邊;2)柱帽邊;3)上柱兩點(diǎn)的中點(diǎn)或是中間的某一人為經(jīng)驗(yàn)指定點(diǎn)。

筆者認(rèn)為算至柱邊是合理的。理由如下:

1)Slabcad柱邊彎矩是全板帶寬度的積分[2]，不是最大值，這是合理的。有人認(rèn)為柱邊彎矩過(guò)大，應(yīng)當(dāng)削峰，或人為指定一個(gè)柱邊與柱帽邊之間的某個(gè)點(diǎn)作為配筋截面，這是不合理的，因?yàn)镾labcad在配筋計(jì)算時(shí)已經(jīng)對(duì)柱邊彎矩進(jìn)行了積分，這就相當(dāng)于了削峰，再遠(yuǎn)離柱邊取點(diǎn)是偏不安全的。

2)Slabcad柱邊配筋截面的選擇是合理的。Slabcad的配筋截面不考慮錐形部分，這種簡(jiǎn)化也基本是合理的，因?yàn)槿绻窃诰匦沃被A(chǔ)上為了沖切要求再加的二階錐形柱帽，如圖1所示，此部分柱帽在全板帶寬度內(nèi)所占比重很小，另外矩形柱帽一般占柱上板帶寬度的比例較大，所以直接取矩形柱帽的尺寸作為計(jì)算截面是合理的，也是偏安全的。

圖1 柱帽計(jì)算截面示意圖

6 制圖中的一點(diǎn)問(wèn)題

6.1 暗梁

對(duì)有抗震要求的無(wú)梁樓蓋可在柱上板帶中設(shè)置暗梁，并滿足一定的尺寸及配筋要求，這主要是《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]要求的。對(duì)于非抗震的純地下車庫(kù)而言，筆者認(rèn)為可以不設(shè)置暗梁以簡(jiǎn)化施工。

6.2 柱上板帶附加上鐵的伸出長(zhǎng)度

附加上鐵的長(zhǎng)度應(yīng)滿足受力要求并力求節(jié)約簡(jiǎn)潔，筆者推薦，柱上板帶在柱頂?shù)母郊由翔F伸出柱邊不小于凈跨的1/3，跨中板帶附加上鐵伸過(guò)軸線不小于柱網(wǎng)長(zhǎng)跨的 1/4[4][5]。經(jīng)與有限元計(jì)算結(jié)果比較，上述鋼筋的斷點(diǎn)是滿足計(jì)算要求的。

7 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述探討，我們可以得出如下結(jié)論:

1)無(wú)梁樓板的厚度是與其所受荷載和跨度相匹配的，合理的厚度有利于滿足柱的沖切要求及板自身的配筋要求。

2)柱的尺寸一般是以軸壓比控制的，適當(dāng)提高混凝土強(qiáng)度以減小柱斷面是經(jīng)濟(jì)的。

3)墻厚宜與頂板厚度相匹配，頂板較薄時(shí)，宜取250mm以上;頂板較厚時(shí)，宜取300mm以上。

4)為減化施工及計(jì)算方便，對(duì)于小尺寸柱帽盡量直接取矩形。

5)無(wú)梁樓蓋的整體計(jì)算以Setwe為主，樓板自身的計(jì)算推薦使用Slabcad。

6)地下室外墻沿線可不設(shè)柱、柱帽及柱上板帶，即使設(shè)柱帽也是為減小跨度，降低板配筋的目的。

7)Slabcad中的結(jié)果取至柱邊是合理的，因?yàn)橹叺膹澗厥欠e分的結(jié)果，而且計(jì)算截面也取的比較合理。

8)非抗震的無(wú)梁樓蓋可以不設(shè)暗梁。

以上是筆者進(jìn)行無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)，希望拋磚引玉，對(duì)各位同行有所幫助。

[1]何郎平，地下室無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究，城市建設(shè)理論研究，2012(24)

[2]地下室結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)優(yōu)化，工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2010(8)

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院，鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范，1991

[4]建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院，中國(guó)建筑工業(yè)出版社

[5]中國(guó)建筑科學(xué)研究院，鋼筋混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范，1991

[6]復(fù)雜樓板分析與設(shè)計(jì)軟件SLABCAD用戶手冊(cè)，中國(guó)建筑科學(xué)研究院，2011

[7]GB 50011－2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

[8]川07G03混凝土無(wú)梁樓蓋圖集，四川省建設(shè)廳

[9]11G101－1混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板)，中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院

[10]江見(jiàn)鯨，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析，1994