關于地下室無梁樓蓋頂板結構設計的研究

徐冬哲

（廣東省廣州市510000）

關于地下室無梁樓蓋頂板結構設計的研究

徐冬哲

（廣東省廣州市510000）

無梁樓蓋結構體系具有結構高度小、板底平整、構造簡單、整體性好、建筑空間大、施工方便等優點，目前已經被普遍應用于各種民用建筑之中。本文從無梁樓蓋結構的特點及其與梁板結構的差異出發，對地下室無梁樓蓋頂板結構設計進行了具體分析，希望能夠起到拋磚引玉的效果，使同行之間相互探討，共同提高。

無梁樓蓋；地下室頂板；雙向受力；板柱結構

1　引言

隨著社會主義經濟建設的持續推進以及科學技術水平不斷提高，我國人民物質生活條件得到了很大的改善，居民用車呈幾何級數增長，為了滿足人們日益提高的居住需求和停車需求，房地產市場的高層建筑越來越多，地下室和地下車庫的規模不斷擴大。地下室的建設需要大量的鋼筋和混凝土以及消防設施的投入，在整個工程的建造成本中，地下室及基礎的費用可以占到整個工程成本的10～30%，因此地下室構件采用經濟合理的結構設計尤為關鍵。無梁樓蓋結構又稱板柱結構，樓面荷載直接由板傳給柱及柱下基礎，是近年來發展較為迅速的一項建筑結構新技術，具有明顯的經濟效益和社會效益，將無梁樓蓋結構運用到地下室頂板設計，可有效降低地下室層高、減少地下室總埋深、增加地下室的有效使用面積、降低基坑支護費用、減少基坑土方開挖量，具有十分重要的實際意義。

2　地下室無梁樓蓋的特點及其與梁板結構的差異

2.1地下室無梁樓蓋頂板與梁板結構在結構設計上的差異

地下室無梁樓蓋結構又稱板柱結構。無梁蓋結構在設計時除去了梁肋的設計，將板直接支承在柱上，改變傳統的建筑結構荷載傳力方式，樓面荷載直接通過柱子傳至基礎。無梁樓蓋又分為板柱結構和板柱-剪力墻結構，其中板柱結構由樓板、柱和柱帽組成，板柱-剪力墻結構由樓板、柱、柱帽和剪力墻組成。

2.2地下室無梁樓蓋頂板結構的特點2.2.1地下室無梁樓蓋頂板結構的優點

（1）大大增加了同等層高下樓層的使用空間。將無梁樓蓋運用于地下室，可有效降低地下室層高，從而減少地下室總埋深，從使用效果來看，可增加地下室的有效使用面積，增大了樓層凈空。就結構本身而言，樓面荷載直接由板傳給柱及柱下基礎，從而縮短了傳力路徑；就經濟方面而言，地下室無梁樓蓋可降低基坑支護費用，減少基坑土方開挖量，節約通風設備和長期供電的投入。

（2）使建筑物的美觀得到了體現。無梁樓蓋頂板結構頂面布置簡單，通風效果良好，建筑工程中的布線以及管道施工十分便利，既實現了建筑物的功能作用也體現了一定的美觀性。

（3）加快施工速度，施工周期較短。無梁樓蓋頂板結構體系簡單，傳力路徑短捷，方便鋼筋綁扎，減少了模板施工和土石方開挖工作量，從而大大提高了施工速度，縮短基坑暴露的時間。

（4）地震效應明顯小于層高較大的梁板結構體系的建筑物。

2.2.2地下室無梁樓蓋頂板的缺點

目前，在地下室的結構設計過程中，無梁樓蓋頂板已經得到了越來越廣泛的應用，但是其也有一些缺點。主要為其結構延性差，破壞形式為沖切，屬于脆性破壞，無預兆。

3　地下室無梁樓蓋頂板結構設計的相關研究

3.1計算方法的選擇

垂直荷載作用下板柱結構的內力及位移計算方法有經驗系數法、等代框架法和有限元法三種。隨著現代化建設的發展，傳統的經驗系數法和等代框架法已經遠遠達不到現代板柱結構計算的要求。目前由于科技的不斷進步，有限元法得到了更加的完善和發展，分析軟件發達，計算準確，操作簡便，在實際的板柱結構計算中得到了廣泛的應用。

3.1.1經驗系數法

經驗系數法最簡單的計算方法之一，設計人員可以不借助任何計算工具而直接手算，因而被廣泛采用。需要注意的是經驗系數法是在試驗研究與實踐經驗的基礎上提出來的，僅僅適用于一定的規則結構，使用經驗系數法需滿足以下幾個條件：

（1）任一區格板的長邊和短邊之比不大于1.5。

（2）每個方向至少應有3個連續跨。

（3）同一方向上的最大跨度與最小跨度之比不應大于1.2。（4）活荷載為均布荷載，且不大于靜荷載的3倍。（5）不規則柱網，柱的偏離值不應大于跨度的10%。

3.1.2等代框架法

等代框架法也是一種手工近似計算的方法，將結構分別沿縱、橫柱列兩個方向劃分，并將其視為縱向等代框架和橫向等代框架，然后對其分別進行計算和分析。適用與任一區格的長跨與短跨之比不大于2的結構構件，計算時需要特別注意結構構件自重對柱內內力的影響、活荷載的不利布置、縱向和橫向的等代框架均應承擔全部作用荷載等幾個方面。

3.1.3有限元法

該法是根據無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶及柱帽的平面尺寸，將結構劃分為眾多細小單元，然后采用一定的本構關系和邊界條件模擬受力過程，最后計算結構的內力。在具體工程中，常用如PKRM中的SLBACAD模塊和SPA2000無梁樓蓋模塊等計算軟件進行計算。

3.2各結構構件尺寸設計

3.2.1無梁板厚的取值

《鋼筋混凝土升板結構技術規范》（GBJ130-1990）等相關文獻對于無梁板厚的取值都有明確規定，例如對于一般的室內停車、辦公餐飲等功能房間的非預應力有托板樓板，文獻推薦板厚應大于或等于長跨跨度的1/35，而對于一些板上有覆土或其他較重荷載時，板厚應適當加厚。

3.2.2柱帽的取值

柱帽有減小板件計算跨度、保證柱對頂板的沖切等兩個方面的作用，其尺寸的取值由頂板配筋、柱對頂板的沖切等各方面因素決定。柱帽的形狀有錐形、矩形、錐形與矩形的組合型三種，其中矩形柱帽因施工比較方便、配筋計算容易使用比較廣泛。

3.2.3柱尺寸的取值

地下室無梁樓蓋頂板結構中的柱截面尺寸的取值對工程造價影響較大，設計中既要滿足軸壓比的要求，又要考慮經濟性。我們以廣州市某商業大廈地下室工程為例，該地下工程總建筑面積16000m2，占地面積約4000m2，平面尺寸100m×40m，地上為街心公園，地下共有三層，為停車場，層高3.3m；三層頂板均采用無梁樓蓋。由于整個工程面積較大，與主樓相接的2～3跨外的柱按非抗震考慮，經成本核算我們可知，柱的截面尺寸對造價的影響遠遠大于強度等級的影響。所以在進行無梁樓蓋頂板結構設計時，柱截面在軸壓力滿足要求的情況下盡量最小是最為經濟的理想選擇。地下室覆土厚度為1.1m，其中8m×8m柱網經濟組合建議如表1可示。

表1　8m×8m柱網經濟組合

3.3具體的結構設計要點

3.3.1對外墻采取特別設計

外墻是地下室起支撐上部結構、傳遞結構上下內力并能夠同時抵擋側向土壓力的重要結構構件，其作用很大程度上受到板帶的影響，因此外墻的設計應根據工程的實際特點選擇合理、科學的設計方案。

3.3.2板筋的搭接問題

無梁樓蓋結構中板筋的搭接要符合相關建筑規范，設計人員對于無梁板何處地方受拉何處受壓要分析得當，為了避免出錯可以在施工圖中做出詳細說明。此外還應特別注意頂板板面的通筋布置和數量，對于長度比較大的和溫差有明顯的位置，鋼筋間距盡量不要大于200。

3.3.3注重建筑材料的規格

無梁樓蓋結構的穩定受很多因素的影響，其本身也存在一定缺陷性，例如結構延性較差、無梁板板件抗沖切性較低等，在進行建材選擇時應充分考慮到這些因素的影響，合理的選用符合規格和強度的建筑材料，例如混凝土的型號、鋼筋的尺寸和型號等。

3.3.4板帶配筋

有限元法計算時將樓板分割成較多的有限元單元，并以各單元之間的變形協調為前提，真實地反映出樓板的實際受力過程，計算結果真實可信，應為工程設計的主要依據，但是受力復雜的局部應補充手算復核，配筋應留有余地。

3.3.5撓度及裂縫

由于無梁樓蓋板跨較大，且地下室頂板一般有較厚覆土，設計中應注意對板的撓度及裂縫合理控制，滿足設計及使用要求。

4　結束語

綜上所述，無梁樓蓋結構在建筑設計應用中具有顯著的社會效益和經濟效益，與傳統的梁板結構相比更加適用于當前形勢下的地下室頂板設計。在計算機高度發達的當今時代，設計單位在對地下室無梁樓蓋結構進行設計時，應遵循安全、適用和合理的原則，使建筑地下室設計工作發揮其最大的經濟作用和社會效益。

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[3]陳靜茹.現澆鋼筋混凝土無梁樓蓋無梁樓蓋體系的分析研究[D].武漢理工大學，2002.

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TU93

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1673-0038（2015）16-0023-02

2015-3-29