樓蓋結構中無梁結構體系的特點及設計要點

【摘要】無梁樓蓋結構體系又稱板柱結構體系，這是相對梁板結構體系而言的。隨著我國經濟水平的發展，無梁樓蓋作為一種常見的樓蓋形式已廣泛應用于各類建筑中。隨著我國經濟水平的發展，無梁樓蓋作為一種常見的樓蓋形式已廣泛應用于各類建筑中。本文闡述了無梁樓蓋結構體系的計算方法和技術經濟分析，希望能為以后無梁體系在工程中的應用提供一些參考。

【關鍵詞】有梁體系；無梁體系；特點；應用范圍

引言

無梁樓蓋結構體系又稱板柱結構體系，這是相對梁板結構體系而言的。在我國，無梁樓蓋結構體系是近年來發展較為迅速的一項建筑結構新技術。較之傳統的密肋梁結構體系它具有整體性好、建筑空間大，可有效地增加層高等優點。并且，采用無梁樓蓋體系的建筑物的地震效應也要明顯小于層高較大的梁板結構體系的建筑物。在施工方面，采用無梁樓蓋結構體系的建筑物具有施工支模簡單、樓面鋼筋綁扎方便，設備安裝方便等優點，從而大大提高了施工速度。因此，采用無梁樓蓋結構具有明顯的經濟效益和社會效益。

1.無梁結構體系相比于有梁結構體系的優點：

1.1對任一建筑物來講，都要對選擇的樓蓋體系方案的各個因素進行綜合考慮，這些因素包括：建筑空間的功能需求、結構形式決定的樓蓋支撐條件、荷載的大小等。如果建筑物高度與層高某種因素受限制而無法得到滿意的使用空間高度時，可以考慮選用無梁樓蓋作為增加使用空間高度相當有效的方法之一，在城市規劃限制房屋總高度的條件下能爭取增加層數，可多得到建筑面積以取得更好的經濟效益。因此無梁樓蓋結構已被廣泛應用在商場、寫字樓、車庫、地下室、多層廠房等各類建筑之中。

1.2無梁樓蓋結構體系的優點：無梁樓蓋結構的另外一個名稱是板柱結構，主要應用于板柱結構和板柱-剪力墻結構中。與普通梁板結構體系相比，它的優點為：凈空利用率高，造型美觀，有利于通風、便于布置管線和施工，用于地下室等結構中在滿足相同凈空要求的前提下能有效減少建筑層高進而能夠減少土方開挖量；在施工方面，采用無梁樓蓋結構體系的建筑物具有施工支模簡單、節約模板，樓面鋼筋綁扎方便，設備安裝方便等優點。

2.無梁樓蓋設計的一般規定

2.1無梁樓蓋的柱網一般布置成正方形或矩形，以正方形比較經濟，通?？缍葹?米左右；

2.2無梁樓蓋的柱網在每一方向不得小于三跨，以保證結構有足夠的側向剛度；

2.3無梁樓蓋的厚度由受彎和受沖切計算確定，且不應小于150，板的厚度與柱網區格長邊計算跨度0的比值為：無柱帽時，h/0不小于30，有柱帽時，h/0不小于35；

2.4無梁樓蓋的周邊應設圈梁，圈梁高度不小于板厚度的2.5倍；

2.5無梁樓蓋柱帽的設置及尺寸一般由建筑美觀要求和板的抗沖切承載力控制。

3.無梁樓蓋的設計計算：

3.1無梁樓蓋的整體三維計算

無梁樓蓋結構的整體計算可通過PKPM軟件中的TAT軟件或SATWE軟件進行。當然，這兩個軟件對無梁樓蓋在三維計算中的建模處理是不一樣的：

在TAT軟件中，對于無梁樓蓋結構來說，由于沒有梁和柱子相連，一般我們必須按照規范中的規定將板簡化為雙向等代框架梁進行計算。因此，在用PMCAD對無梁樓蓋進行人機交互式建模時，首先應確定等代框架梁的寬、高，也即確定等代框架梁的剛度。一般來說，等代框架梁的剛度由板寬決定：我們通常取柱距的1 /2板寬為等代框架梁的寬、高。確定等代框架梁的剛度之后，再將等代框架梁作為普通的主梁輸入。

在采用SATWE軟件分析無梁樓蓋結構時，由于SATWE軟件具有考慮樓板彈性變形的功能，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。尤其是在2 001年4月以后的版本中增加了一種能真實計算樓板平面內和平面外的剛度的樓板假定：彈性板6。因此我們就不用將樓板簡化為雙向等代框架梁體系了，而是直接對無梁樓蓋體系進行三維分析計算。當然，我們還必須在建模時進行一定的處理：在PMCAD人機交互式輸入時，在以前需輸入等代框架梁的位置上布置截面尺寸為100*100的矩形截面虛梁。

3.2樓蓋的設計計算

無梁樓蓋的整體分析計算完成后，我們可以利用SATWE軟件中的“復雜樓板有限元計算”SLABCAD模塊進行樓蓋的分析計算。

首先點取“生成樓板有限元分析數據”菜單來生成有關的計算數據，并將相應的計算條件及計算參數進行定義。如果是預應力樓板的話還應將預應力參數選取。

當然，此時必須注意的是：由于有限元的計算原理所致，對于樓板的有限元劃分長度不一樣可能會對計算結果產生一定的影響。

同時我們還可補充輸入無梁樓蓋的其它數據，如樓板的洞口及柱帽等特殊構件。并可對樓板不同部位的板厚進修改。 同時，我們還可以在樓板上添加任意的荷載，包括在PMCAD建模時無法輸入的板上的任意線荷載及點荷載。此外，我們還可以輸入支座沉降及約束等補充數據。SLABCAD的補充數據輸入完畢后我們就可以通過“有限元分析和計算”菜單對無梁樓蓋進性設計計算了。對無梁樓蓋的計算內容主要包括樓板的內力、位移、配筋計算及板的沖切驗算等。計算完畢后再通過“分析結果圖形顯示”菜單查詢其計算結果。

最后，必須指出的是：對于現代高層建筑中比較常見的厚板轉換層的計算也可像無梁樓蓋結構一樣進行類似的處理計算。但是如果要在SATWE軟件中計算厚板轉換層時，在使用PMCAD進行人機交互式輸入時必須注意：除了要像無梁樓蓋結構一樣要輸入虛梁以外，層高的輸入有所改變。應將厚板的板厚均分給與其相鄰兩層的層高。即取與厚板相鄰的兩層層高分別為其凈空加上厚板的一半板厚：如第i 層有厚度為Bt的厚板，在PMCAD交互式輸入中，則第i層的板厚輸入值為Bt，層高為Hi+Bt/2，第i+1層的層高為Hi+1+Bt/2。

4.板柱節點的設計

要問無梁樓蓋結構的設計重點，筆者以為當屬板柱節點的設計。前已所述，無梁樓蓋結構板柱節點的破壞屬脆性的沖切破壞，且在水平荷載作用下，板柱節點部位會產生不平衡彎矩，不平衡彎矩在板柱間的往復作用，會大大消弱板柱節點的抗沖切承載能力。有關板柱節點的抗沖切驗算現行混凝土結構設計規范【3】已作詳細規定，在此不作論述，此處筆者僅根據設計經驗及所搜集到的資料，對提高板柱節點抗沖切承載力的措施作以歸納，簡述如下：

4.1結構布置時，盡量將無梁樓蓋結構建筑設計成剛性方案，使水平荷載集中地由抗側力結構承擔，減小板柱節點部位由水平荷載產生的往復彎矩；

4.2結構布置時，應在無梁樓蓋結構的周邊設置邊梁，利用邊柱受扭卸去邊柱、角柱板柱節點內由豎向荷載產生的一部分彎矩和剪力；縱橫方向的柱網尺寸不應相差太大；每一方向的柱網不宜小于三跨；

4.3設置抗沖切鋼筋提高板柱節點的抗沖切承載力，抗沖切鋼筋有箍筋和吊筋；

4.4內埋鋼結構抗剪鍵，提高板柱節點的抗沖切承載力，抗剪鍵可采用型鋼制作，常用工字鋼。構件的翼緣寬厚比和腹板高厚比應滿足規范要求。

4.5當柱網尺寸較大時設置柱帽或托板；

5.結語

在具體工程中采用何種樓蓋形式應綜合具體建筑條件和場地條件以及施工條件等多方面考慮，才能充分發揮各種樓蓋的優勢，提高經濟效益。

參考文獻

[1]北京市建筑設計標準化辦公室主編，防空地下室結構設計手冊。中國建筑工業出版社，2008年12月第一版。

[2]中華人民共和國標準，混凝土結構設計規范（GB50010-2010），中國建筑工業出版社，2011年5月。