關于無梁樓蓋結構設計的探討

【摘要】無梁樓蓋較之傳統的梁柱結構體系具有建筑空間大，可有效地增加層凈高，施工支模簡單，鋼筋綁扎方便，設備安裝方便，施工速度快等優點，但受力復雜、抗震性能差。設計單位應根據工程特點，從設計原則、計算方法、構造措施等方面綜合考慮，確保設計的合理性和可行性。本文簡述了無梁樓蓋的構造以及無梁樓蓋抗沖切要點和無梁樓蓋配筋要點，并闡述了無梁樓蓋的計算方法，旨在提高無梁樓蓋結構設計水平。

【關鍵詞】無梁樓蓋結構設計；構造；要點；計算方法

無梁樓蓋是把原來集中受力的梁變成無數分散空間受力的工字結構體系，使同高的樓層擴大凈空，節省建材，提高施工進度，而且質地更密，抗壓性更高，抗振動沖擊更強，結構更合理。

一、無梁樓蓋的構造

1、無梁樓蓋結構主要是由板和柱構成，由于柱頂處平板直接將荷載傳遞給柱，因此會在柱頂形成集中受力區域，產生柱頭對板的沖切破壞，為了防止這種破壞的發生，往往在柱頂設置柱帽，以增大柱頭與樓板的接觸面積，有利于荷載的合理分布。

2、無梁樓蓋結構中的板可分為柱上板帶和跨中板帶。為了提高結構的抗震性能，應在柱上板帶設置暗梁，以提高結構的整體性。

3、無梁樓蓋的構造要求可參考為：混凝土等級不宜低于C30；板最小厚度不應小于150mm；柱帽邊長不宜小于板跨度的1/6，厚度不宜小于1/4板的厚度；柱截面邊長不應小于400mm，剪跨比不應小于2，高寬比不宜大于3；暗梁寬度可取柱寬加上柱寬度以外各1.5倍板厚。

二、無梁樓蓋抗沖切要點

在局部荷載或集中反力作用下不配置箍筋或彎起鋼筋的板，其受沖切承載力應滿足《混凝土結構設計規范》GB50010-2010第6.5.1的要求；配置箍筋或彎起鋼筋的板，應滿足《混凝土結構設計規范））GB50010-2010第6.5.3的要求。

當無梁樓蓋的跨度大于6m，或其相鄰跨度不相等時，按等效靜荷載和靜荷載共同作用下求得的沖切荷載，應乘以系數1.1作為沖切荷載設計值。當無梁樓蓋的相鄰跨度不等，且長短跨之比超過4：3，或柱兩側節點不平衡彎矩與沖切荷載設計值之比超過0.05（c+h0）（c為柱邊長或柱帽邊長）時，應設箍筋。

三、無梁樓蓋配筋要點

1、抗沖切箍筋配置。按計算所需的箍筋及相應的架立鋼筋截面面積應配置在與45度沖切破壞錐體面相交的范圍內，且從集中荷載集中面或柱截面邊緣向外的分布長度不應小于1.5h0；箍筋應做成封閉式，箍筋直徑不應小于6mm，也不宜大于12mm，其間距不應大于2h0/3。

2、抗沖切彎起鋼筋配置。按計算所需的彎起鋼筋其彎起角度可根據板的厚度在30～45度之間選取；彎起鋼筋的傾斜段與沖切破壞錐體斜截面相交，其交點應在集中荷載作用或柱截面邊緣以外1/2～2/3板厚的范圍內。彎起鋼筋直徑不宜小于12mm，且每一方向不宜小于三根。

3、樓板配筋形式。樓板配筋一般采用雙向配筋。支座上承受負彎矩的鋼筋，宜采用不小于直徑為12mm的鋼筋。考慮抗震的無梁樓板。板頂面應配置抗震鋼筋，其配筋率應大于0.25ρ（ρ為支座處負鋼筋的配筋率）。

4、設置抗震墻的板柱結構抗震設計要求。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。

四、無梁樓蓋的計算方法

通常在進行無梁樓蓋設計時，可以采用三種方法：等代框架法、經驗系數法、精確計算法。

1、經驗系數法。經驗系數法是最方便的方法，因而被廣泛采用。經驗系數法是在試驗研究與實踐經驗的基礎上提出來的，計算時只要算出總彎矩，再乘上彎矩分配系數，即得各截面的彎矩。如果合用經驗系數法的條件，用經驗系數法很簡單，也計算的比較準確。經驗系數法就是按邊跨條件定義邊跨的內力，內跨用0.65M0與0.35M0來分配內力。所以首先必須計算在簡支下的跨中彎矩M0。無梁樓蓋要注意的就是計算跨度的問題，計算模型，計算荷載。如果還有柱帽和托板，還要注意內力會往支座處傾斜，這個時候要注意截面設計的位置，和節點構造。板厚的取值應該根據長跨的來確定。計算模型就是簡化為一個方向的單向板，x、y向都要計算100%的荷載，相當于計算2次單向板，分別計算受力鋼筋。需要注意的是經驗系數法的應用范圍必須滿足以下幾個條件：（1）每個方向至少應有三個連續跨：（2）同一方向上的最大跨度與最小跨度之比不應大于1.2；（3）任一區格板的長邊和短邊之比不大于1.5；（4）可變荷載和永久荷載之比不大于3；（5）不規則柱網，柱的偏離值不應大于跨度的10%。

2、等代框架法。該法也是手工近似計算的方法之一，計算寬度取垂直于計算跨度方向兩相鄰區格的中心間距，計算中縱橫兩方向均應承擔全部荷載。在垂直荷載作用下，板柱結構的平板和密肋板可采用等代框架法。計算其內力：①等代框架的計算寬度，取垂直于計算跨度方向的兩個相鄰平板中心線的間距；②有柱帽的等代框架梁、柱的線剛度，可按現行規范GBJ130-90《鋼筋混凝土升板結構技術規程》的有關規定確定；③計算中縱向和橫向的等代框架均應承擔全部作用荷載；④計算中宜考慮活荷載的不利布置。

等代框架法與經驗系數法的主要區別在于，等代框架法先分別算出等代框架的支座彎矩和跨中彎矩，再按上述系數分配到柱上板帶和跨中板帶。

3、精確計算法。精確計算法即對無梁樓蓋結構體系不再進行人為地簡化和等代，而是根據無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶及柱帽平面尺寸，用有限元法將無梁樓蓋劃分成若干細小單元，用板殼單元有限元進行求解的方法。在具體工程中，可使用PKPM、SAP2000、MIDAS/GEN等有限元軟件進行分析計算。本文以PKPM軟件為例，簡要介紹有限元計算方法。（1）建模時需要進行一定處理，利用PMCAD人機交互輸入，在柱與柱之間的位置上需設置界面尺寸為100mm×100mm的矩形截面虛梁（但在邊界處及開洞處最好布置實梁），以方便在SATWE軟件在處理時能夠讀取樓板邊界信息。（2）無梁樓蓋的整體三維計算通過PKPM軟件中SATWE進行。由于SATWE軟件具有考慮樓板彈性變形的工程，可以采用彈性樓板單元較為真實的模擬樓板的剛度和計算變形。在SATWE程序中還應將無梁樓蓋的樓板定義為彈性樓板6。（3）在三維計算分析后，還需用SATWE程序中附帶的厚板分析程序SLabCAD對無梁樓蓋進行進一步的分析，SLabCAD可以處理均布面荷載和均布線荷載作用下的樓板內力計算和配筋。

結束語

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、可有效地增加層高、施工方便等優點。但其同時也具有受力復雜，抗震性能差等缺點。隨著經濟的快速發展，我國建筑工程行業取得了非常快的發展，其中無梁樓蓋結構設計的水平得到了顯著的提高，并且在施工取得了非常顯著的效果。

參考文獻

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