無梁樓蓋結構設計要點探究

【摘要】無梁樓蓋結構體系的傳力路徑清晰，同時具有增加樓層凈空尺寸、確保樓面平整度，施工模板較為簡單，能控制施工成本等特點，然而無梁樓自身的抗彎剛度較小、樓板產生的撓度較大，造成柱子局部區域板造成沖切破壞，極大影響了抗震性能。本文闡述了無梁樓蓋結構體系常見的計算方法，探究無梁樓蓋結構體系的設計要點，分析結構體系的構造要求。

【關鍵詞】無梁樓蓋；結構體系；設計要點

前言：

無梁樓蓋體系同時也被稱為板柱體系，主要通過在樓蓋中布置梁肋，將現澆混凝土板支承于柱，從受力角度來講，無梁樓蓋具有雙向受力特點，同時樓面荷載將直接傳遞于柱，并傳遞于基礎。無梁樓蓋從其結構形式可分為密肋板或平板。而根據柱帽可分為無柱帽或有柱帽無梁樓蓋體系，根據施工流程可分為現澆式或整體裝配式。根據筆者經驗，當樓面的可變標準荷載值超過5KN/m2時，其跨度低于6m時，均適用無梁樓蓋體系。無梁樓蓋結構體系目前適用于商場、多層工業廠房、庫房、圖書館等建筑，其柱網都采用矩形或正方形，其中以正方形更具有經濟，而板內鋼筋根據縱、橫向布置樓蓋的四邊支承墻上或邊柱圈梁上，從而能夠控制房屋的體積以及節省墻體結構，無梁樓蓋天棚的平整度較高，而通風、采光以及衛生條件更為理想，由于施工模板較為簡單，從而能夠節省大量的模板用量與人員成本，因此推廣無梁樓蓋體系具有積極經濟與社會效益。

1.無梁樓蓋體系內力計算

無梁樓蓋結構體系設計可根據彈性理論來分析計算，也可根據塑性理論進行分析計算，目前常用的設計方法包括：經驗系數計算法、等代框架計算法、精確計算法等。

1.1經驗系數計算法

該法常常適用于較為規則的等代框架建筑，采用經驗系數法時，建筑物必須符合下列條件：第一，無梁樓蓋結構縱、橫方向均超過連續三跨；第二，任區格內的長跨與短跨之比不小于1.5；第三，相同方向的最大與最小跨度比值應當小于1.2 ，且兩端跨度不應大于內跨；第四，活荷載不應大于3倍的恒荷載設計值；第五，為確保無梁樓蓋低于水平荷載，在無梁樓蓋結構體系中應確保有剪力與抗側力支撐。

經驗系數計算法是基于薄板彈性理論，得出柱上與跨中板帶在跨中截面、支座截面的彎矩系數，根據經驗系數法從而給出無梁樓蓋內力數值，最終總結其縱、橫向板的總彎矩，根據其彎矩分配系數，從而計算各截面彎矩數值。

1.2等代框架計算法

等代框架計算法主要是將整個建筑結構沿橫、縱劃分為縱向與橫向等代框架等代框架，均不同于普通框架柱，普通框架梁柱均能夠傳遞內力包括彎矩、軸力等，然而在等代框架體系中，在豎向荷載條件下，等代框架梁寬度取值方向與梁跨呈垂直方向，其數值都均大于柱寬，僅一小部分豎向荷載靠柱子直接傳遞，其余荷載都通過扭矩來進行傳遞，所以無梁樓蓋體系中代框架柱包括柱帽以及兩側扭臂等，在設計過程中其剛度都應當充分等代柱的受彎剛度與扭臂受扭剛度。

等代框架梁的尺寸取值，高度與板相等，在水平荷載作用下等代框架梁的寬度取1/2板跨中心線間距離，同時在豎向荷載下取與梁跨度垂直方向的板跨中心線間的距離，等代框架柱截面往往取柱的截面a尺寸，而柱的實際計算高度，則取層高扣除柱帽的高度，如果僅有豎向荷載情況下，框架可根據分層法來簡化柱截面計算，并根據框架內力計算得出柱內力，從而獲取梁內力數值，需要分配給小同的板帶當區格板的邊長比小于3/2時，便可計算所得等代框架梁中各截面彎矩數值。根據表1為某工程所列分配比值給柱上板帶與跨中板帶。

1.3精確計算法

該法主要對無梁樓蓋結構體系來講并不是僅僅等代與簡化，同時根據無梁樓蓋體系的跨中板帶、柱上板帶以及柱帽尺寸，采用有限元法來把無梁樓蓋分割為若干個單元，并用單元有限元法進行計算，在求解過程中可借助PKPM、 SAP2000、GEN以及MIDAS等有限元軟件。本文以PKPM軟件為例，主要闡述有限元計算方法：第一，在建模過程中需要科學處理，通過PMCAD模塊，在人機交互輸入過程中，在柱間位置上布置尺寸為100mmX100mm矩形截面的暗梁，（在開洞處與邊界處最好設置實梁），從而便于在SATWE軟件在數據處理過程中能精確獲取現澆板的邊界消息。第二，借助整體三維模式計算無梁樓蓋內力，在PKPM軟件中SATWE模塊具有考慮樓板彈性變形的過程，并以彈性樓板單元作為模擬樓板來計算剛度與變形，在SATWE軟件中將其無梁樓蓋中的樓板設置為彈性樓板。

2.無梁樓蓋結構體系構造要求

（1）樓板配筋應選用雙向配筋支座來承受負彎矩的鋼筋，并且選用大于直徑12mm鋼筋，同時對無梁樓板應當充分考慮其抗震作用，板面應根據其抗震要求，其配筋率應高于25%p。（p為支座處負鋼筋的配筋率）

（2）無梁樓蓋結構體系的抗震設計要求：第一，房屋的樓梯、周邊以及電梯洞口應布置框架梁；第二，當抗震烈度大于等于8度時應當選用柱帽或托板的板柱節點；第三，在地震條件下板柱結構根據平面等代框架分析時，其等代梁的寬度宜采用平面等代框架垂直方向柱距的1/2；第四，地下層頂板與屋蓋宜選用梁板結構；第五，對于無柱帽平板應在柱上板中布置暗梁，而暗梁寬度可取柱兩側及柱寬大于1.5倍樓板厚度，暗梁支座的上部鋼筋面積應大于1/2柱上板帶鋼筋面積 ，而暗梁的下部鋼筋應當小于1/2上部鋼筋。

（3）房屋的周邊和樓梯、電梯洞口周邊應采用有梁框架；抗震烈度8 度時宜采用有托板或柱帽的板柱節點，托板或柱帽根部的厚度（包括板厚）不宜小于柱縱筋直徑的16 倍。托板或柱帽根的邊長不宜小于4 倍板厚及柱截面相應邊長之和；房屋的屋蓋和地下一層頂板，宜采用梁板結構等。

結束語：

無梁樓蓋結構體系與以往的框架結構體系相比具有建筑空間大，能夠增加其樓層高度，且施工支模、工序簡單，綁扎鋼筋較為便利，設備工程安裝比較方便，工期短等特點，但抗震性能差、易受沖切破壞，對此設計單位應根據該結構體系程特點，從計算方法、設計要求以及構造措施等方面通盤考慮，保證設計的科學性、合理性。

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