多層地下車庫的無梁樓蓋設(shè)計(jì)探討

摘要：近年來，隨著我國建筑行業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，無梁樓蓋作為一種常用的建筑結(jié)構(gòu)體系，在我國建筑業(yè)得到廣泛應(yīng)用。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系與普通梁板結(jié)構(gòu)體系相比較，它具有整體性好、樓層凈高較高，有利于減小建筑層高，施工支模方便，鋼筋綁扎方便，施工速度快，管線布置、設(shè)備安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。文章結(jié)合筆者的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要針對(duì)地下室采用普通梁板式結(jié)構(gòu)與無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中方案比較、無梁樓蓋的計(jì)算方法、構(gòu)造措施等方面的相關(guān)要點(diǎn)進(jìn)行了探討與研究。

關(guān)鍵詞：多層地下室；無梁樓蓋；梁板結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)性

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，大、中城市新增了大量的城市居民，因此勢(shì)必增加城市的住房用地，由于用地紅線和綠化率及開發(fā)商利益三者之間的矛盾，人防、停車位的需求使地下室成為現(xiàn)代建筑不可或缺的組成部分，因而大型地下車庫在各個(gè)小區(qū)大量出現(xiàn)。地下室結(jié)構(gòu)形式常見的有普通梁板結(jié)構(gòu)、寬扁梁結(jié)構(gòu)、普通鋼筋無梁樓蓋結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)等形式。地下室的層高的高低對(duì)地下室基坑的開挖量有重要的影響，尤其在地下水位較高沿海地區(qū)或堅(jiān)硬巖石開挖成本較高地區(qū)，在滿足功能及基礎(chǔ)埋深前提下，地下室應(yīng)盡量淺埋，以便減少支護(hù)與土方開挖成本，減少地下室外墻的土壓力和地下室側(cè)墻的計(jì)算截面高度，同時(shí)在水位較高地區(qū)減少底板水浮力，進(jìn)而達(dá)到有效節(jié)約底板造價(jià)及地下室抗浮成本的目的。普通梁板結(jié)構(gòu)形式主梁高度較高，無法降低地下室層高；寬扁梁結(jié)構(gòu)雖能降低地下室層高，但梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋太過集中且工程造價(jià)上不經(jīng)濟(jì)；預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，雖沒有梁，但板筋有預(yù)應(yīng)力鋼筋需要增加一道預(yù)拉工序，整體會(huì)影響工期，并對(duì)建筑使用功能的改造有所限制且工程造價(jià)高；而無梁樓蓋是一種很好的結(jié)構(gòu)形式，不僅能有效的減小層高，滿足各專業(yè)層高要求，從而節(jié)省了各主要材料的用料，而且能夠減少地下室基坑的開挖，與其它梁式樓蓋體系相比，具有板底平整、結(jié)構(gòu)高度小、建造方便等特點(diǎn)，特別是在建筑物高度或?qū)痈呤芟薜那闆r下，采用無梁樓蓋是增加樓層使用空間高度的最有效方法。同時(shí)，無梁樓蓋能充分利用建筑空間，有利于各種管道的敷設(shè)，也能滿足隔墻靈活布置的要求。常用于冷庫、商場(chǎng)、倉庫、車庫等建筑。

1.工程概況

該項(xiàng)目位于深圳市羅湖區(qū)，占地面積約5.3萬㎡，擬建4棟倉儲(chǔ)及辦公的建筑物，其中9層倉儲(chǔ)建筑高度為48m，擬采用框架結(jié)構(gòu)；11層倉儲(chǔ)建筑高度為60m，擬采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；18層倉儲(chǔ)建筑高度為100m，擬采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；54層倉儲(chǔ)建筑高度為300m，擬采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)。地下室抗浮設(shè)防水位按未來室外地坪標(biāo)高下1.00m考慮。對(duì)差異沉降敏感，設(shè)地下室5層，深約20m，總建筑面積約78萬㎡。地下室除人防區(qū)域，電梯、樓梯四周、樓板開較大洞口周邊、荷載較大的區(qū)域、作為地下室嵌固端的地下室頂板區(qū)域設(shè)置為普通梁板結(jié)構(gòu)體系外，其余均為無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系，其地下室層高為：負(fù)5層高為4.05米，；負(fù)4、負(fù)3、負(fù)2層層高均為3.5米；負(fù)一層層高為6.55米，地下室柱距大部分為9米X9米，按《建筑荷載規(guī)范》：1，單向板樓蓋（板跨不小于2m）和雙向板樓蓋（板跨不小于3mX3m）：客車取活荷載4.0KN/m²； 雙向板樓蓋（板跨不小于6mX6m）和無梁樓蓋（柱網(wǎng)不小于6mX6m）取活荷載為2.5KN/m²；無梁樓蓋板厚取200mm，局部取250mm，300mm，樓板混凝土等級(jí)取C30。經(jīng)計(jì)算：柱帽寬度取3000mmX3000mm，高度（含板厚）取400mm，柱帽沖切滿足設(shè)計(jì)要求，有個(gè)別柱帽沖切不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，在滿足混凝土極限抗沖切力的條件下，對(duì)柱帽增加抗沖切鋼筋，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.無梁樓蓋的計(jì)算分析

無梁樓蓋的內(nèi)力計(jì)算一般較常用的方法有經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法、等代框架法和有限元法等。前兩者是對(duì)無梁樓蓋滿足一定條件下的近似計(jì)算，常用于手工計(jì)算，較多地運(yùn)用在規(guī)則結(jié)構(gòu)中，否則會(huì)出現(xiàn)較大誤差。由于計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)的進(jìn)步，有限元計(jì)算方法得到了迅速發(fā)展，它能夠較準(zhǔn)確地計(jì)算無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，滿足日益復(fù)雜的工程計(jì)算需要。本工程使用PKPM的復(fù)雜樓板分析與設(shè)計(jì)軟件SLABCAD進(jìn)行無梁樓蓋的有限元計(jì)算。該軟件的計(jì)算流程如圖1所示：

圖1" 無梁樓蓋設(shè)計(jì)流程圖

2.1整體分析

本工程運(yùn)用PKPM軟件中的PMCAD模塊對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，在無梁樓蓋區(qū)域柱上板帶的位置輸入等代梁，梁寬取1/2柱距（即左右各1/4），梁高取板厚即200mm，其余梁板按普通梁板輸入。在模型建立后使用SATWE模塊對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維整體分析計(jì)算，由于SATWE具有考慮樓板彈性變形的功能，可采用彈性樓板單元6較真實(shí)地模擬樓板的剛度和計(jì)算變形。其內(nèi)力結(jié)果將在后續(xù)的樓蓋計(jì)算中與有限元的計(jì)算結(jié)果按工況進(jìn)行組合，用于無梁樓蓋的設(shè)計(jì)。

2.2樓蓋計(jì)算與設(shè)計(jì)

無梁樓蓋的整體分析計(jì)算完成后，運(yùn)用PKPM軟件中SLABCAD模塊進(jìn)行樓蓋的分析計(jì)算。在前處理中補(bǔ)充輸入柱帽和板上荷載等信息，定義樓板的約束條件，并進(jìn)行有限元?jiǎng)澐郑瑒澐謫卧拇笮∫赃呴L1000mm為宜。前處理完成后進(jìn)行有限元分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 樓板彎矩圖

有限元計(jì)算的結(jié)果尚不能直接用于樓板設(shè)計(jì)，需要在板帶上進(jìn)行積分，形成板帶內(nèi)力，按照板帶彎矩進(jìn)行樓板配筋，SLABCAD中“板帶交互設(shè)計(jì)及驗(yàn)算”提供了這一功能。板帶的劃分以前面所述的等代框架梁為柱上板帶，其余板帶為跨中板帶，鋼筋強(qiáng)度等級(jí)選用HRB400（文中“φ”均表示HRB400）。程序分別給出了不同方向（X向與Y向）上柱上板帶與跨中板帶的配筋，共有4張圖，將圖形疊合一起，方便設(shè)計(jì)與核對(duì)，如圖3所示。

圖3 板帶配筋圖局部

計(jì)算結(jié)果顯示，無梁樓蓋柱上板帶：支座面面筋約為960mm²/m，跨中底筋計(jì)算配筋約為500mm²/m；跨中板帶：支座面面筋約為500mm²/m，跨中底筋計(jì)算配筋約為400mm²/m，，因而柱上板帶采用雙層φ12@200（565mm²/m）鋼筋網(wǎng)配合局部支座加筋的配筋方式；跨中板帶底筋采用φ10@180（436mm²/m），面筋采用φ12@200（565mm²/m）能夠較好地滿足計(jì)算要求，且便于施工。為了加強(qiáng)板與柱的連結(jié)，增強(qiáng)樓板的整體性與抗震性能，以及板系對(duì)沖切受剪的抵抗能力，無梁樓蓋設(shè)有暗梁，柱上板帶支座加筋可設(shè)于暗梁中。同時(shí)，暗梁支座上部鋼筋面積應(yīng)不小于柱上板帶鋼件面積的50%，暗梁下部鋼筋不宜小于上部鋼筋的1/2^[2]。

運(yùn)用SLABCAD還可以對(duì)無梁樓蓋的板帶裂縫與柱帽抗沖切進(jìn)行驗(yàn)算。當(dāng)裂縫寬度不滿足使用要求時(shí)，可查看板帶的內(nèi)力準(zhǔn)永久組合值按規(guī)范公式進(jìn)行手算，進(jìn)行人工復(fù)核。當(dāng)柱帽抗沖切強(qiáng)度不足時(shí)，可以調(diào)節(jié)柱帽的尺寸，增大柱帽平面大小或增加柱帽厚度，重新驗(yàn)算，以滿足強(qiáng)度要求；也可以在滿足混凝土極限抗沖切力的條件下，對(duì)柱帽增加抗沖切鋼筋，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 混凝土用量

普通梁板結(jié)構(gòu)中，根據(jù)計(jì)算對(duì)每跨內(nèi)縱橫分別設(shè)置兩道次梁（即井字梁）梁板結(jié)構(gòu)、每跨內(nèi)縱橫各設(shè)一道次梁（即十字梁）梁板結(jié)構(gòu)、每跨內(nèi)在縱或橫向設(shè)置兩道次梁（即單向板）梁板結(jié)構(gòu)、每跨只在框架位置設(shè)置框架梁而不設(shè)次梁梁板結(jié)構(gòu)初步比較，單向板梁板結(jié)構(gòu)方案較經(jīng)濟(jì)，因此，此文只對(duì)與無梁樓蓋結(jié)構(gòu)空間高度相同的單向板寬扁梁板結(jié)構(gòu)和無梁樓蓋做以下對(duì)比。

1.兩種樓板結(jié)構(gòu)形式的混凝土用量如表1

表1" 混凝土用量表（單位.m³）

結(jié)構(gòu)形式混凝土用量

樓板

柱帽

梁

總計(jì)

無梁樓蓋

14.4

3.2

—

17.6

普通寬扁梁板（單向板）

7.808

—

8.14

16.28

由上表可見，無粱樓蓋形式比普通寬扁梁板（單向板）形式的混凝土用量多 1.32m³。由于混凝土價(jià)格較低 ，從經(jīng)濟(jì)角度來講，兩者差異不大。

2.4鋼筋用量

本文根據(jù)兩種模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行配筋 ，以配筋結(jié)果不超過規(guī)范相關(guān)限值的5％作為比較結(jié)果的前提。

無梁樓蓋底板計(jì)算配筋點(diǎn)值如圖4中的（a、b、c、d）所示，從配筋面積點(diǎn)值上看，柱上板帶：板底配筋為拉通筋（φ12@200），板面筋通長筋為（φ12@200）支座處附加筋（φ12@200）；跨中板帶：板底配筋為拉通筋（φ10@180），板面筋通長筋為（φ12@200），支座處無需附加筋。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，底板配筋基本由裂縫控制。本工程板底裂縫寬度限值為 ，板面裂縫寬度限值為 ，板底保護(hù)層厚度為15mm，板面保護(hù)層厚度為15mm。根據(jù)底板在荷載準(zhǔn)永久組合下的彎矩，無梁樓蓋裂縫控制下的各段配筋結(jié)果如表2，平面布置如圖4。各配筋結(jié)果均大于不考慮裂縫寬度下的配筋值。

圖4

無梁樓蓋X 向板底計(jì)算配筋（a）無梁樓蓋 Y向板底計(jì)算配筋（b）

無梁樓蓋X向板面計(jì)算配筋（c）無梁樓蓋 Y向板面計(jì)算配筋（d）

表2" 無粱樓蓋裂縫控制下的配筋

柱上板帶上部支座

板上板帶跨中

跨中板帶上部

跨中板帶跨中

M_K（KN.m）

-564

125.57

-75.05

106.7

A³（mm²/m）

1007

507

500

400

裂縫寬度（mm）

0.20

0.20

0.18

0.29

配筋（mm²）

Ф12@200（通長）+Ф12@200（附加筋）

Ф12@200

Ф12@200

Ф10@180

注：柱上板帶上部附加長度為自柱中心算起向柱兩邊各35OOmm長的頂板區(qū)域.

圖5" 無梁樓蓋配筋平面布置圖

根據(jù)混凝土構(gòu)造手冊(cè)，無梁樓蓋柱帽配筋詳下圖6：

圖6" 無梁樓蓋柱帽大樣圖

表3" 無梁樓蓋裂縫控制下的含鋼量

承臺(tái)（柱帽底）

柱上板帶

跨中板帶

合鋼量（kg/m²）

用鋼量（kg）

170.5

1340.2

720.77

27.55

從 圖5和圖6可計(jì)算出無梁樓蓋底板的用鋼量如表 3。

普通寬扁梁板（單向板）結(jié)構(gòu)體系的粱計(jì)算配筋如下圖7，板計(jì)算配筋如下圖8。

圖7 "梁計(jì)算配筋圖

圖8" 板計(jì)算配筋圖

在裂縫寬度控制下，普通寬扁梁板（單向板）結(jié)構(gòu)體系的粱、板配筋詳表4。

表4" 普通寬扁梁板（單向板）裂縫控制下的配筋

橫向框架梁面支座

橫向框架梁跨中

橫向次梁支座

橫向次梁跨中

縱向梁面支座

縱向梁面跨中

板縱向受力底筋

Mk（KNm）

-219

195

-213

207

-690

526

12.17

A³（mm²）

2000

1800

2200

2100

6900

5800

429

裂縫寬度（mm）

0.20

0.14

0.17

0.10

0.18

0.12

0.129

配筋（mm²）

7Ф20

6Ф20

6Ф22

6Ф22

14Ф25

12Ф25

Ф10@180

由表4可以看出，普通寬扁梁板（單向板）裂縫控制下的配筋均大于計(jì)算配筋值，框架梁箍筋Ф8@100/200（4）， 次梁箍筋Ф8@150（4），板的其余鋼筋按構(gòu)造配置。含鋼量如表 5。

表5" 普通寬扁梁板（單向板）梁板裂縫控制下的含鋼量

板

梁

總計(jì)

合鋼量（kg/m²）

用鋼量（kg）

542.7

1747.98

2290.68

28.28

由表 3和表5可知，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式比普通寬扁梁板（單向板）結(jié)構(gòu)形式的底板含鋼量低28.28-27.55=0.73kg/m²。再考慮施工工作量，由于少了明梁的側(cè)模施工，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式的工作量明顯比普通梁板（單向板）結(jié)構(gòu)形式的工作量少，因此，無粱樓蓋結(jié)構(gòu)形式的樓板優(yōu)于普通寬扁梁板（單向板）結(jié)構(gòu)形式的樓板。

3、結(jié)語

對(duì)任一建筑物來講，都要對(duì)選擇的樓蓋體系方案的各個(gè)因素進(jìn)行綜合考慮，這些因素包括：建筑空間的功能需求、結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的樓蓋支撐條件、荷載的大小等。因此，在具體工程項(xiàng)目中采用何種樓蓋形式應(yīng)綜合具體建筑條件和場(chǎng)地實(shí)際情況以及施工條件等多方面、多角度因素。全面、客觀的比較決定，才能充分發(fā)揮各種樓板體系的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)建筑工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該工程地下室的樓板無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式相比普通寬扁梁板（單向板）結(jié)構(gòu)形式，雖混凝土多用1.32m³，但鋼筋節(jié)省了0.73kg/m²， 基坑的開挖工程量也大大減少，樓層施工工作量也減少了明粱側(cè)模的施工，因此，在該工程無粱樓蓋結(jié)構(gòu)形式樓板的經(jīng)濟(jì)性能還是優(yōu)于普通寬扁梁板（單向板）梁板結(jié)構(gòu)形式樓板。

參考文獻(xiàn)：

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》.GB50010-2010.

[2]《現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》.CECS 175：2004.