不規則柱網地下車庫頂板樓蓋結構設計

丁猛 趙云波

摘要：本項目從經濟性、結構高度、施工工期等方面綜合考量，通過對單向雙次梁和無梁樓蓋體系兩種方案進行比選，最終選擇無梁樓蓋體系。由于柱網不規則，本文采用等代框架法、有限元法對結構進行配筋計算，通過對計算結果的對比，發現有限元法更適合柱網不規則的計算情況。

1. 引言

無梁樓蓋最早由美國學者Turner于1906年設計，在1961年學者Corley提出等效框架概念后趨于完善，形成了一套完整的理論體系一直沿用至今。2012年發布《現澆混凝土空心樓蓋技術規程》（JGJ/T268，2012）對空心樓蓋技術進行了一次系統的總結和補充，隨后發布的現澆空心樓蓋的國標及省標圖集進一步豐富了我國空心樓蓋技術體系。筆者將以實際工程案例，介紹不規則柱網下無梁樓蓋頂板的結構設計。

2. 工程概況

本工程有4層地下室，其上有56層塔樓及4層裙房，首層即地下室頂板作為為主樓的嵌固部位。地下室頂板根據建筑功能有不同標高，純地下部分頂板覆土2.7m，處于主樓嵌固影響范圍以外，需要考慮消防車荷載。為協調周邊地塊的建筑功能，此區域柱跨分布在13.5m～7.5m范圍內，無標準柱跨。

3. 無梁樓蓋結構設計

3.1結構選型

無梁樓蓋結構形式的選擇主要基于以下原因：

a.本工程為后續二期工程，周邊一期工程的結構形式為無梁樓蓋，無梁樓蓋的結構形式可以與周圍的結構形式相協調。

b.為協調周邊地塊柱網，本地塊柱網不規則，梁板結構方案較復雜，為控制結構構件高度需配置大量鋼骨構件，會增加施工難度影響施工工期。

c.與梁板結構形式相比，無梁樓蓋鋼材用量較少，經濟性較好。

d.避免了復雜的梁、柱節點做法，更易于施工。與梁板結構相比更容易布置機電管線，提高地下空間利用率。

e.在主樓相關范圍以外，所受到的水平地震作用較小，避免了無梁樓蓋抗側能力薄弱的缺點。

3.2設計參數

本工程無梁樓蓋區域處于主樓相關范圍以外，受水平地震作用較小，故在計算時不考慮地震作用【1】，僅采取相關構造及加強措施滿。例如適當增加樓蓋厚度【2】，對提高無梁樓蓋整體抗側能力有一定作用，但過厚的樓板會造成本身的自重較大，對抗震反而不利;適當增加柱帽尺寸，提高板柱節點的抗沖切能力。地下室頂板混凝土強度等級為C35，恒荷載為覆土荷載：56.7kN/m2;活荷載主要為消防車荷載，考慮覆土及平均板跨折減【3】后取值為22kN/m2。另外根據相關研究【4】，本工程可不考慮活荷載不利布置。

3.3結構布置

由于柱網不規則，本工程依據柱中線距離來確定頂板厚度，歸并后樓板厚度為600mm、800mm、1000mm。主樓相關范圍內的結構形式為梁板結構，在與無梁樓蓋交界處，布置不小于1.5倍板厚的結構主梁，以主梁輪廓對柱帽及托板進行切割.

3.5計算方法

無梁樓蓋主要計算方法有經驗系數法、等代框架法、有限元法等，根據本工程實際情況選用等代框架法以及有限元方法進行計算。等代框架法已經有一套屬于自己的理論體系，其原理就是將無梁樓蓋這一三維結構以兩個正交方向劃分成一榀一榀的框架。等代框架一般可分為三個組成部分，分別為梁（暗梁）、板構成的水平桿件，柱構成框架的豎向構件，柱帽及托板構成水平與豎向的連接構件。如前所述，此部分無梁樓蓋結構主要承受豎向荷載，根據等代框架的定義，等代梁的寬度為板跨中心線的間距的一半，由于柱網的不規則，梁寬以50為模數取整。等代梁的高度即樓板的厚度，變截面位置梁高取兩側板厚的平均值。框架柱的計算高度取值為層高減柱帽及托板的高度。在計算過程中，邊界處封邊梁考慮剛度放大系數，等代梁則不考慮。樓板采用平面內無線剛度假定，結構自重扣除梁板重疊部分。針對本項目，可將柱上板帶等效為暗梁，劃分方式詳圖3-1.【5】

采用YJK軟件對無梁樓蓋采用有限元法計算時，需在柱與柱之間拉結虛梁，以便于布置樓板及柱帽。在結構計算過程中，虛梁的剛度將被忽略，僅用于正確導算樓面荷載。彈性樓板算法假定樓板平面內及平面外剛度均為有限值，程序將采用殼單元計算樓板的面內和面外剛度，可以真實的模擬樓板的剛度及變形。另外，網格的尺寸對有限元計算結果有較大影響，本文通過多次試算，最終選用1m的網格進行計算，即能保證計算結果的精度，又能節省計算資源。

4. 結論

通過對不規則柱網下無梁樓蓋體系兩種計算模型的分析主要得到以下結論：

（1）等代框架簡化模型傳力路徑明確，計算結果便于計算配筋，但在一柱多梁的情況下由于梁寬較大，彼此出現較多重疊，導致構件剛度重復計算，部分位置計算結果異常，對于本工程適應性較差。

（2）有限元法計算模型最接近結構的實際受力情況，依據有限元方法的計算結果可以兼顧安全性和經濟性，故本工程選用有限元法進行無梁樓蓋配筋的計算是合理的。

參考文獻

[1] GB 50011-2010， 建筑抗震設計規范. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

[2] GB 50010-2010， 混凝土結構設計規范. 北京： 中國建筑工業出版社， 2011.

[3] GB 50009-2012， 建筑結構荷載規范. 北京： 中國建筑工業出版社， 2012.

[4]逯曄，許晶. 地下車庫無梁樓蓋設計常見問題討論[J]. 建筑結構，2015，45（04）：60-63.

[5]郝文超. 某地下車庫無梁樓蓋結構設計分析[D].河北工程大學，2017.

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