無梁樓蓋地下室安全性鑒定要點探討

陳虹麗

（福建省建研工程檢測有限公司；福建省綠色建筑技術重點實驗室）

0 引言

無梁樓蓋又稱板柱結構，典型特征為樓蓋內部無框架梁，因其簡潔直接、凈空利用率高、造型美觀、有利于通風、便于布置管線和施工的優點，常運用于地下室，大型商超等建筑。近年來我國發生多起地下室無梁樓蓋連續倒塌事件，引發了工程界的廣泛關注，為此對無梁樓蓋的相關鑒定顯得尤為必要，但目前關于無梁樓蓋地下室的鑒定經驗較少，本文以實際工程為背景，探討無梁樓蓋地下室在安全性鑒定時的要點。

1 工程概況

本文所舉工程實例為某樓盤地下室，其中主樓下地下室為框架-剪力墻結構，主樓外為單層板柱結構地下車庫，車庫部分面積約為39000m2，柱距為8.1m，平面軸線尺寸約為164m×270m，采用帶柱帽的無梁樓蓋。因在使用過程發現頂板存在露筋、開裂等問題，故對該地下室進行了結構安全性鑒定。

2 鑒定程序

本工程大致檢測鑒定程序與常規民用建筑鑒定基本一致，主要流程如圖1 所示。

3 檢測鑒定要點及難點

同一般梁柱結構相比，無梁樓蓋地下室鑒定的重點和難點主要體現在荷載調查和結構分析上。

3.1 荷載調查及取值

圖1 本工程鑒定程序流程圖

隨著人們對居住環境要求的提高，商品住宅樓戶外基本均有景觀花園、娛樂活動設施，其中不乏大型喬木、噴泉等，因此地下室頂板上大面積覆土及其上植被的重量在鑒定過程中不容忽視。同時，消防車荷載也是地下室荷載的重要組成部分，因此消防車道及消防車停靠點位置均應進行調查。

3.1.1 實際荷載調查、檢測

檢測前應深入查看總平圖、建筑圖、結構圖、景觀設計圖、消防設計圖，以對頂板覆土厚度、綠化及消防車道布置等情況有基本了解，再根據現場條件進行檢測，其中覆土層厚度的檢測，可以通過實地標高測量結合局部開挖的方式進行，消防車通道則通過工程測繪進行核對。

本工程地下車庫頂板設計覆土厚度主要為1.50m～2.00m，個別厚度在2.00m 以上，最大覆土厚度為2.60m，其中地下車庫頂板面設計絕對標高為3.20m，路面區域絕對標高多數為4.60m～4.80m，種植區域絕對標高多數為4.70m～5.80m。現場開挖部分天窗井附近種植區域，直接測量覆土厚度，開挖部位示意圖詳見圖2。檢測結果表明，個別位置覆土厚度較設計偏厚，其余覆土厚度與設計覆土厚度基本相當。同時抽取部分路面及綠化地面，分別測量其表層標高與頂板板底標高，利用路面或地面標高減去頂板板底標高及板厚設計值，得出實際地下車庫覆土厚度及頂板板面防水構造層厚度（H1+H2），數據表明，實測路面區域地下車庫頂板覆土厚度與設計基本相當。經過現場測量，消防通道、景觀噴泉等位置亦基本與設計相符。

圖2 開挖部位示意圖

3.1.2 板面恒載的取值

本工程頂板恒載主要由覆土重量，頂板裝修荷載組成。根據檢測結果，覆土厚度可按設計取值，考慮到種植土在雨季的水含量基本達到飽和，覆土的容重按20kN/m2考慮，裝修荷載按實際情況考慮。因設計圖紙中僅有標高示意，各處設計覆土厚度需經過計算得到，對于偌大的地下室，一一計算覆土厚度顯然是不切實際。為簡化荷載計算，本工程對不同覆土厚度的土重及裝修荷載進行加權換算，發現覆土厚度在1.0m～2.0m 時，加權容重在18.84～19.26kN/m2之間，因此可通過計算室外地面與頂板板面的標高差，乘以加權容重19kN/m2，得到板面恒載的近似值。

3.1.3 消防車荷載取值

根據《建筑結構荷載規范》GB 50009－2012[1]規定，無梁樓蓋柱網不小于6m×6m 時，消防車荷載標準值應取20.0kN/m2，同時應按附錄B 考慮覆土厚度對消防車活荷載的影響，本工程中覆土厚度對消防車荷載的折減系數為0.9。

此處值得一提的是，當消防車道僅占某塊板的一部分時，不應按車道所占面積與板塊總面積的比例對消防車荷載進行等效或折減，因為消防車荷載本身已是等效均布荷載，再一次等效有欠合理，同時消防車在緊急情況下，稍微偏離車道行駛不可避免，故消防車荷載作用區域不宜摳得過緊[2]。

3.2 結構分析

無梁樓蓋沒有梁，結構受力特點與一般梁柱結構有所不同，因此在結構計算、計算軟件的實現等方面也有所不同。

3.2.1 計算方法選擇

一般梁柱結構作用在樓板上荷載可近似地認為先傳到梁上，再由梁傳遞給柱，而無梁樓蓋板上的荷載是通過板直接傳給柱。導荷方式的不同，導致常用的平面導荷計算方法并不適用于板柱結構，林同炎教授指出：無梁板必須首先在一個方向（單向板）傳遞全部荷載，然后在另一個方向再完全一樣地傳遞一次全部荷載[3]。

無梁樓蓋的設計方法主要有經驗系數法(直接設計法)、等效框架法、有限元法。本工程采用有限元法，在上部結構計算時，板上的荷載是通過板的有限元計算導算到周邊桿件，即板上荷載不僅傳到周邊梁墻，也同時傳給柱，且不僅有豎向荷載，還有彎矩和扭矩[4]。相較于平面導荷計算，有限元計算所得柱的受力增加，梁承受的荷載將減少，這更符合板柱結構實際工作狀況。

3.2.2 分析軟件上實現

⑴建模方式：無梁樓蓋在構建模型時，可采用等代梁法或者虛梁法。前者是將柱上板帶按等截面框架梁輸入，跨中板帶按樓板輸入，后者則是以虛梁連接軸網，為有限元劃分樓板時起輔助作用。本工程選取的是虛梁法建模。

⑵板單元類型：對平板無梁樓蓋，在計算中應考慮板的面外剛度影響[5]，因此程序計算時，應采用彈性板。此時，應注意不再考慮梁的剛度放大系數或者連梁的剛度折減。

⑶板與梁變形協調：有限元法以單元之間的變形協調為前提，故應保證梁與彈性板變形協調，即板與梁相接的端節點及中間節點均是聯系在一起工作的。SETWE的V3.1 版之后的版本刪除了“彈性板與梁變形協調”參數，程序內部強制對彈性板按考慮彈性板與梁變形協調處理，而YJK 中則需要勾選參數“梁與彈性比變形協調”，否則板只在梁端節點和梁連接，那么梁對豎向構件（柱、墻）的約束必然也不夠準確，導致計算錯誤。

3.2.3 抗沖切驗算

無梁樓蓋的受力特點決定了抗沖切驗算是對其分析的一大重要環節。無梁樓蓋鑒定時，除應計算柱對柱帽的沖切，還需計算柱帽對托板、托板對平板的沖切。

⑴抗沖切承載力

根據《混凝土結構設計規范》GB 50010－2010[6]對于不配置箍筋或彎起鋼筋的非預應力混凝土板抗沖切驗算的公式⑴為：

其中對于板柱節點沖切力Fl，取柱所承受的軸向壓力設計值的層間差值減去柱頂破壞椎體范圍內板所承受的荷載設計值。

⑵不平衡彎矩的影響

板、梁與柱之間存在著彎矩傳遞，在豎向荷載作用下，由于兩跨荷載不同或跨度不同等原因，柱子兩邊梁（板）就會出現彎矩不平衡。在梁柱結構中，這部分不平衡彎矩由梁直接傳遞給柱子以達到節點平衡，板基本上不參與彎矩直接傳遞。而無梁樓蓋在節點處與柱的彎矩傳遞只能通過平板完成，但平板與柱直接產生的彎矩傳遞是局部且部分的，大部分寬度的板是通過局部板條受扭與柱間接作用，尚有另外一部分彎矩則由沖切臨界截面上的豎向剪應力來傳遞，即由剪應力的不對稱分布，來抵抗的這部分不平衡力矩，這部分彎矩稱為不均勻沖切受剪傳遞彎矩或剪應力傳遞不平衡彎矩[3]。因此在板柱結構的抗沖切承載力復核驗算時，應考慮節點計算截面上的剪應力傳遞不平衡彎矩的影響。

《混凝土結構設計規范》GB 50010－2010 以Fl,eq代替Fl來考慮這部分影響，附錄F 給出在傳遞雙向不平衡彎矩的板柱節點等效集中反力Fl,eq計算方法，如公式⑵所示：

本工程設計人員在抗沖切設計時，僅計算框架柱“所管面積范圍內”的豎向荷載產生的Fl，未考慮覆土厚度、大型植被、消防車道等在板面上不均勻分布引起的不平衡彎矩影響，導致復核驗算時個別柱帽抗沖切承載能力不足，應引以為戒。

4 結論及建議

對于無梁樓蓋地下室的安全性鑒定，建議特別注意以下幾點：

⑴開展檢測鑒定前，應深入閱讀設計施工圖，對結構本身及其上荷載有初步了解；

⑵宜采取多種檢測手段對板面上的覆土厚度、大型植被、構筑物、消防車道等布置進行復核，必要時，需對施工階段的堆載情況進行調查。

⑶應了解板柱結構的受力特點，選擇正確的計算模型。

⑷結構分析時對可能出現消防車、大型貨運車輛等重型車輛的地方，不能遺漏荷載，并充分考慮其路線變化的可能性；

⑸遵循“強柱弱梁更強節點”的原則，抗沖切驗算時，應考慮板面上不均勻荷載引起之不平衡彎矩的影響。