無梁底板結構設計探析

翁 熙

(福建福大建筑設計有限公司 福建福州 350002)

無梁底板結構設計探析

翁 熙

(福建福大建筑設計有限公司 福建福州 350002)

結合具體工程，探討無梁底板的結構布置、沖切計算、承臺柱帽模型等效、錯位板帶及柱帽承臺的鋼筋布置等問題，并基此提出相應的解決方法。

無梁底板結構；沖切；柱帽；板帶

0 引言

隨著社會對建筑結構使用性、經濟性要求的提高以及對施工進度的控制，“無梁結構”的布置形式也隨之產生。其優點是上部結構表現在滿足同等室內凈高的情況下，可以降低樓層高度與增強實用性，在地下室布置時可顯著降低材料、人工費用的支出與縮短施工工期。本文結合具體實際工程，就無梁底板設計相關的內容進行闡述。

1 工程概況

“某金融港中心”項目位于福州臺江區，坐落于閩江與光明港河交匯處，是一個集商業與辦公為一體的綜合性建筑群，建筑總平圖如圖1所示。其征用地面積41 761.0m2，總建筑面積136 581.0m2，其中地上建筑面積105 655.33m2(分1～3#、5#、6#、B1#、B2#共7棟)，地下建筑面積30 925.67m2。基礎形式為樁基，采用無梁防水底板結構，地下室水位水頭高度3.9m，底板荷載為反向水浮力控制(扣除底板自重后輸入模型的反力標準值按33.0kN/m2計算)。本文用反向荷載工況為例來闡述筆者觀點。

圖1 建筑總平面圖

2 無梁結構的布置

無梁結構適用范圍：地下室底板抗浮設計水位及樓面使用荷載相對確定，荷載超載的概率也較低，此時把底板做成無梁底板的形式就可以充分地發揮出其自身的優點。首先，無梁底板厚重的樓蓋有利于結構抗浮能力的提高；其次，經工程比較，無梁底板的布置方式相對有梁底板可減少約30%的鋼筋量，所以在節省材料的同時也相應地減少了工程量；最后在施工方面，采用無梁底板可以省磚模、方便鋼筋綁扎以及便于施工設備安裝，從而節省相應的人工費且加快了施工的進度。對于頂板的結構形式，筆者建議做成有梁樓板，由于無梁板在結構延性方面的性能較差，一旦使用荷載(局部施工堆載或大型車輛)超過設計極限荷載，就會在柱帽邊或柱邊形成嚴重且無征兆的沖切破壞，其后果相當嚴重，而頂板超載的概率又較底板大得多，故頂板要慎用無梁板布置的結構形式。

嵌固位置對底板布置的影響：當地下室頂板滿足嵌固條件(“高層建筑混凝土結構技術規程”12.2.1[1])時，上部結構嵌固在地下室頂板，則主樓下及主樓外部分的地下室底板均可做無梁樓板；當地下室頂板不滿足嵌固條件，上部結構嵌固在基礎面時，則應在主樓范圍及外擴一跨范圍做梁板式底板，主樓范圍之外做無梁底板，但筆者認為若主樓下的基礎對上部結構的柱、墻彎矩有較強的雙向約束力時(即為3樁以上的基礎形式時)，就可以認為基礎對上部的柱墻有嵌固作用，再加上無梁厚底板約束的加強，所以該情況下亦可以做成無梁防水底板結構的形式，以方便施工及節省造價。

3 柱帽沖切計算模型的差異

由于沖切破壞是無延性的脆性破壞，故在無梁底板設計過程中，柱帽的沖切驗算是最為關鍵的一環。該工程使用PKPM中的SLABCAD有限元模塊來模擬底板的計算。為了不影響建筑功能的使用，該工程無梁底板做成柱帽在下底板在上的形式，即下柱帽；但軟件計算時則默認按上柱帽計算如圖2所示，所以會形成在柱帽尺寸及底板厚度均相同時，由于柱帽布置形式的不同，使柱帽在板邊的抗沖切承載力存在差異的情況，計算結果如表1所示。由表1可得，下柱帽與上柱帽在柱帽邊的抗沖切承載力比值為2 162/2 582=0.837，這主要是由于上、下柱帽在柱帽邊沖切錐的面積及柱帽抵消的水反力不同造成的，顯然下柱帽沖切錐面積明顯小于上柱帽的的沖切錐面積。所以在實際工程設計時，應對不同尺寸類型的柱帽抗沖切承載力進行逐一的手算復核，不能直接利用SLABCAD模塊的計算結果，否則就會對底板結構產生較大安全隱患。

圖2 不同柱帽形式的沖切

柱截面mm柱帽平面尺寸mm柱帽高度mm—由底板底(面)起算混凝土強度等級500×5002500×2500500C30，P6下柱帽柱邊抗沖切承載力4160kN柱帽邊抗沖切承載力2162kN沖切錐面積416m2沖切錐面積252m2上柱帽柱邊抗沖切承載力4160kN柱帽邊抗沖切承載力2582kN沖切錐面積416m2沖切錐面積336m2

注：該工程柱帽抗沖切承載力計算考慮了沖切錐范圍內水反力的抵消以及柱底不平衡彎矩對承載力的折減。

4 模型中承臺柱帽的等效布置

當承臺較大且承臺邊的沖切滿足承載力要求時，就可以把整體承臺當成一個大柱帽使用，這時的承臺往往不是規則的矩形，而是多邊形或其他組合形狀如表2所示。通過手算可以較準確地計算柱帽(承臺)邊底板的抗沖切承載力，但對于底板的抗彎配筋計算較為困難。針對這種情況需要把各類承臺等效為柱帽輸入到模型中進行計算，以模擬承臺尺寸對底板配筋的真實影響，同時作為底板配筋設計的依據，具體等效做法，如表2所示。為方便設計，當柱墻間距較小(板跨不大)且沖切滿足驗算要求時，可不用輸入等效柱帽進行模擬計算，因為小跨度時的底板基本均是構造配筋。

表2 不同形狀承臺的等效方法

5 錯位板帶鋼筋的布置

由于建筑使用功能上的差異，地下室塔樓與塔樓外的柱網布置往往是不同的，如圖3所示，一般會出現塔樓與塔樓外柱網錯開布置的情況，這樣就產生了錯位的板帶分布，如圖4所示。在一般規則柱網情況下，柱下板帶的跨中附加筋及跨中板帶的跨中附加筋均是順軸線布置(即與貫通筋方向平行)，此時底板單面的鋼筋層數為雙向共2層。當存在柱網錯位板帶斜向布置的情況時，最直接的方法就是在斜向板帶上增設斜向附加筋，雖然這樣的布置在受力上會更加直接，但底板勢必將多增加一層斜向附加筋，底板單面鋼筋總層數將增加到3層(雙向錯位時可能更多)，這樣將會造成底板截面有效高度的減少及施工難度的增加。

綜合考慮到以上因素，實際設計把板帶上的斜向附加筋方向調整為與貫通筋方向平行布置(電算布筋方向同貫通筋)，分布寬度為板帶在貫通筋方向上的交線寬度范圍，當柱下板帶和跨中板帶分布寬度重疊時取二者之大值布置，這樣在滿足計算配筋的同時，也方便了施工且縮短了工期，如圖4所示。

圖5 承臺柱帽的鋼筋布置分別錨入承臺1.2La(LaF)，鋼筋無需貫通承臺布置，該做法優化了鋼筋的布置，在節約了造價的同時亦方便了施工。

(2)底板底筋及附加筋在滿足“承臺寬度B>2La(LaF)+500”的條件時，底板底筋允許斷開并分別錨入承臺La(LaF)，鋼筋無需貫通承臺布置，該做法優化了鋼筋的布置，在節約了造價的同時也方便了施工。

(3)在承臺側邊布置豎向封邊鋼筋傳遞剪力：由受力分析可知，底板在水反力的作用下會將彎矩M及剪力V傳遞給承臺，彎矩M可以由底板鋼筋傳入承臺，但向上的剪力V僅能通過素砼傳遞，而承臺素砼的抗拉承載力又較小，所以在底板水反力較大時難免會引起承臺混凝土的拉裂破壞。這時可通過把承臺底筋直接上彎，或在承臺側邊增設豎向封邊筋的方式來傳遞剪力V(類似吊箍受力)，剪力V的數值可在SLABCAD的“有限元內力結果”里查看(應采用組合后的設計值)，最后根據查看的剪力值來確定上彎鋼筋的數量或豎向封邊筋的配置。由于構造上承臺配置的底筋直徑均較大，若采用承臺鋼筋彎起的方式就可能造成鋼筋的浪費及施工的不便，故筆者建議采用另增設豎向封邊鋼筋的方式來傳遞剪力(間距應配合承臺鋼筋確定)，該工程實配Φ14@200豎向封邊鋼筋，可承受770×360/1 000=277kN/m底板傳來的承臺邊剪力。

7 結語

無梁底板相對以往的有梁底板是一種較為經濟且較易施工的底板結構形式，其傳力的直接性決定了其經濟性(底板直接傳力于柱、墻構件)。采用柱下板帶替代柱間實梁的方式則決定了其易施工的特點(簡化了包括基槽開挖、磚模支模、建筑防水、鋼筋綁扎等施工工序)，所以無梁底板是一種值得推廣使用的一種底板結構形式，具有良好的應用前景。“某金融港中心”于2015年10月設計，同年11月開始施工，經過與施工單位的密切配合，現地下室及大部分主體結構已經封頂。

[1] JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社, 2010.

6 承臺形式柱帽的鋼筋布置

該工程的無梁底板把樁基承臺作為柱帽使用時，采用以下方法進行相關的布筋設計，如圖5所示。

(1)底板面筋在承臺有配置面筋且滿足“承臺寬度B>2La(LaF)+500”條件時，底板面筋允許斷開并

Analysis of flat-slab structures in basement

WENGXi

(Fujian Fuzhou University Architectural Design Co.Ltd,Fuzhou 350002)

Combined with engineering cases, this paper discusses problems on the flat slab structure of basement floor of structure layout ,punching calculation ,model equivalent of bearing platform ,reinforcing steel arrangement of misplaced strip and bearing platform.This paper also puts forward available methods to solve these problems.

Flat slab structure of basement floor;Punching; Column cap; Strip

圖3 地下室柱網的布置

圖4 錯位板帶的鋼筋布置

翁熙(1980.8- ),男,高級工程師。

E-mail:wx110110@163.com

2017-02-28

TU37

A

1004-6135(2017)06-0065-04