關(guān)于無梁樓蓋的設(shè)計(jì)分析

文/ 李分德 廣西榮泰建筑設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 廣西柳州 545007

1、引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平在不斷的提升，人們對(duì)樓宇建筑的需求越來越趨向于個(gè)性化以及多樣化，對(duì)建筑物的設(shè)計(jì)要求也越來越高。面對(duì)這些需求，越來越多的大型基礎(chǔ)設(shè)施建筑出現(xiàn)在人們的視野中，包括樓房、商場(chǎng)、娛樂場(chǎng)所、地下停車場(chǎng)等。近年來，人們的生活節(jié)奏不斷的加快，隨之而來的是越來越大的生活壓力，這就使得人們對(duì)狹小的居住空間、毫無變化的生活環(huán)境產(chǎn)生了排斥心理。面對(duì)這些社會(huì)發(fā)展的變化，傳統(tǒng)的樓蓋設(shè)計(jì)已然不能滿足人們的生活個(gè)性化需求。樓蓋對(duì)于整個(gè)建筑物來說是極其重要的一部分，其在整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中，承擔(dān)著重要的連接功能以及分散壓力的功能，為樓宇建筑的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)移壓力載荷做出了重要的貢獻(xiàn)。而且樓蓋的設(shè)計(jì)直接關(guān)乎建筑的空間大小、樓頂?shù)母叩鸵约暗蹴數(shù)拿娣e等因素。與傳統(tǒng)的有梁樓蓋設(shè)計(jì)相對(duì)比而言，無梁樓蓋的出現(xiàn)無疑為建筑物空間設(shè)計(jì)、布局提供了很大的便利，也受到了大眾的認(rèn)可是廣泛應(yīng)用。本文據(jù)此，結(jié)合無梁樓蓋的優(yōu)缺點(diǎn)特性，探討無梁樓蓋的受力特點(diǎn)以及破壞特性，進(jìn)而詳細(xì)分析無梁樓蓋的設(shè)計(jì)方法以及板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、柱帽設(shè)計(jì)、配筋及構(gòu)造等方面的問題。

2、無梁樓蓋的概述

所謂的無梁樓蓋就是一種板柱結(jié)構(gòu)而且是雙向受力不設(shè)梁的樓蓋結(jié)構(gòu)，對(duì)建筑空間的要求就有很大的限定。由于樓蓋中不設(shè)梁，就將樓板支在兩邊的柱上，這就將樓面的負(fù)載通過兩面的柱子直接傳遞到地面基礎(chǔ)上。近年來，無梁樓蓋體系在建筑物中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在地下停車場(chǎng)、倉庫、大型商場(chǎng)等建筑中較為常見。一般情況下將無梁樓蓋分為三種類型：（1）平板型，這種類型的樓蓋由平板和柱兩部分組成，大多數(shù)應(yīng)用在對(duì)建筑物的空間有個(gè)性化的功能需求和美觀要求的居民住宅或者寫字樓中。（2）有柱帽型，這種樓蓋由平板、柱和柱帽組成，較平板型多出柱帽的部分，這就使得平板和柱之間的連接更加方便而且柱帽還在一定程度上提高了樓面平板向柱子傳遞載荷的有效性。（3）雙向密肋型，這種樓蓋由于雙向密肋共同承擔(dān)負(fù)載作用力，所以承載受力效果較好。

2.1 無梁樓蓋的優(yōu)缺點(diǎn)

無梁樓蓋是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，社會(huì)需求的多樣化提升而出現(xiàn)的一種建筑技術(shù)。其本身就是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，具有自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：首先，為了人們當(dāng)今個(gè)性化的需求，與傳統(tǒng)的多肋梁樓蓋相對(duì)比來說，無梁樓蓋具有空間大、整體性效果好、增加建筑物樓層凈高度、增加了空間的美觀性等審美以及功能特性，而且還提高了建筑物的空間利用率。這樣用戶就可以在充分的空間內(nèi)，靈活自由的安排室內(nèi)的布局。其次，在作用力效果方面，無梁樓蓋將以往的多肋梁集中受力轉(zhuǎn)化成平面分擔(dān)受力，改善了受力效果。將載荷直接從平板傳遞到支柱，使得傳力的路徑變得更加簡單。此外，一般的無梁樓蓋都是由平板和柱以及柱帽組成的，構(gòu)件的簡單使得施工過程變得更加便捷。與傳統(tǒng)的樓蓋建筑施工相比，在施工支模、安裝設(shè)備和樓面的鋼筋綁扎等方面都具有明顯的效率提升的體現(xiàn)，在一定程度上減少了施工成本。

盡管無梁樓蓋具有很明顯的優(yōu)勢(shì)，但是也存在不可避免的缺點(diǎn)：近年來，無梁樓蓋在我國的發(fā)展較為迅猛，但是仍然處于發(fā)展初期，對(duì)技術(shù)的掌握還不夠成熟，難免會(huì)在實(shí)施過程中出現(xiàn)或多或少的技術(shù)難點(diǎn)，特別是像柱帽這樣較為復(fù)雜的構(gòu)建，操作技術(shù)必須熟練。其次，無梁樓蓋雖然在一定程度上取消了肋梁，使得力的傳遞更加簡單，但是這就致使所有的力都轉(zhuǎn)移到平板與柱之間的連接的位置，導(dǎo)致柱子附近的剪應(yīng)力較為集中，很容易受到破壞，一般不適用較高的建筑物虹，容易在地震或者較大動(dòng)蕩過程中發(fā)生樓蓋坍塌的現(xiàn)象。另外，無梁樓蓋的整個(gè)蓋頂是一塊平板，這就要求平板具有較強(qiáng)的抗壓能力，需要加大平板的厚度，此時(shí)就需要更多的鋼筋和水泥等材料來堅(jiān)固平板，提升平板的硬度，避免平板因缺少梁柱的支撐而出現(xiàn)彎曲的現(xiàn)象。

綜合無梁樓蓋技術(shù)顯現(xiàn)出來的優(yōu)缺點(diǎn)，需要結(jié)合建筑物的具體需求特性一級(jí)無梁樓蓋的適用性等綜合考慮是否應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。

2.2 無梁樓蓋的受力特點(diǎn)及破壞特征

無梁樓蓋具有其自身特有的性質(zhì)，總結(jié)其受力特點(diǎn)以及破壞特性有以下規(guī)律：（1）首先是載荷力的傳遞規(guī)律。無梁樓蓋主要是通過長跨方向和短跨方向兩個(gè)方向分別傳遞力的負(fù)載，而長跨方向是較為不利的彎矩方向。另外，由于樓蓋平板是與柱子直接連接的，二者之間只時(shí)通過節(jié)點(diǎn)相接，因此其連續(xù)性較差，非常不利于承受水平方向的載荷力。而且在柱子的周圍集中很大的剪切力極其容易使得柱子發(fā)生彎曲，造成沖切破壞。（2）其次是彎矩的分布規(guī)律。同傳統(tǒng)的肋梁樓蓋相比，無梁樓蓋的平板最大的正彎矩位于支座的軸線上，而最大的負(fù)彎矩則處于柱頂?shù)奈恢?。傳統(tǒng)的肋梁樓蓋的最大負(fù)彎矩力位于梁的跨中位置，最大正彎矩則位于中央位置。（3）最后是撓度變化的規(guī)律。無梁樓蓋的最大撓度較傳統(tǒng)的肋梁樓蓋的撓度要大3倍左右[1]。

3、無梁樓蓋設(shè)計(jì)分析

無梁樓蓋技術(shù)本身具有一定的弊端，尤其是在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)。所以在樓蓋設(shè)計(jì)階段一定要注重計(jì)算方法的應(yīng)用。目前，應(yīng)用較為廣泛的計(jì)算方法有以下幾種：（1）等代平面框架法。所謂等代平面框架法就是首先將整體結(jié)構(gòu)劃分成橫縱柱列兩個(gè)方向的具有“柱”和“梁”的橫向和縱向的平面結(jié)構(gòu)框架。（2）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法是目前在無梁樓蓋設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的，而且操作最為便捷的方法。這種方法是通過鷹王的經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，我們?cè)诶眠@種方法時(shí)，通常只需要計(jì)算總彎矩，再通過與彎矩分配系數(shù)之間做乘法，就可以獲得所需截面彎矩。雖然這種方法應(yīng)用較為簡單，但是必須滿足一定的限定條件的情況下才能采用，不能輕易的使用。（3）精確計(jì)算法。這種方法需要將無梁樓蓋結(jié)構(gòu)利用限元法劃分成若干個(gè)單元，再借助相關(guān)的有限元法軟件利用單元有限元法來計(jì)算。在這一計(jì)算過程中，需要結(jié)合所利用的軟件進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。包括建模分析，模擬計(jì)算等過程。利用科學(xué)合理的方法對(duì)所需結(jié)果進(jìn)行精確計(jì)算。

在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合科學(xué)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法分別分析在板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、柱帽設(shè)計(jì)、配筋及構(gòu)造：

3.1 無梁樓蓋板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

板柱節(jié)點(diǎn)是平板與柱子之間的交點(diǎn)，這一交點(diǎn)具有很大的作用，對(duì)力的承受和傳遞有很高的要求。其設(shè)計(jì)的主要關(guān)注點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)的抗沖切性能和橫向抗沖切鋼筋的設(shè)計(jì)。如果雙向板是直接支撐與柱子上面的，那么平板與柱之間交點(diǎn)周圍的載荷能力以及剪切力是非常值得注意的問題。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)就需要在此處單獨(dú)設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)抗剪切力的構(gòu)建。此時(shí)可以考慮加入柱帽、或者抗剪切力的箍筋、栓釘或者彎起鋼筋等。但是，一幫情況下會(huì)考慮到費(fèi)用的問題，會(huì)采用彎起鋼筋，不過此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)由于較多的鋼筋造成的擁擠的為，就需要采用箍筋來有效的解決這一問題[2]。

3.2 無梁樓蓋柱帽設(shè)計(jì)

柱帽的設(shè)計(jì)原則一般包括以下幾點(diǎn)：1）一般情況下抗沖切承載力是完全由混凝土承擔(dān)的，此時(shí)是不需要考慮箍筋和彎起鋼筋的。2）由于沖切承載力完全是由混凝土承擔(dān)的，所以在此基礎(chǔ)上必須有富余，避免發(fā)生脆性破壞。3）柱帽的厚度一般要高于通風(fēng)管道的下端。4）在厚度滿足要求的情況下，應(yīng)該將柱帽的平面寬度縮小到最小，不過必須要保證其外邊線位于沖切破壞椎體所處的斜截面外面位置[3]。

3.3 無梁樓蓋板配筋及構(gòu)造設(shè)計(jì)

由于無梁樓蓋是沒有肋梁支撐的，所以對(duì)平板的要求就很高。因此，無梁樓蓋板的配筋在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮配筋的強(qiáng)度以及質(zhì)量，配筋的主要作用之一是加強(qiáng)平板的強(qiáng)度，以避免出現(xiàn)平板彎曲現(xiàn)象。在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮其承載能力以及抗壓能力。可以利用十字接頭或者丁字接頭的形式來固定配筋的結(jié)構(gòu)[4]。

結(jié)論：

無梁樓蓋在近年來獲得了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，本文結(jié)合無梁樓蓋的發(fā)展背景，簡要闡述目前應(yīng)用的無梁樓蓋的幾種類型，進(jìn)而探討無梁樓蓋在應(yīng)用過程中的優(yōu)缺點(diǎn)以及受力特點(diǎn)和破壞特征等，進(jìn)一步深入分析無梁樓蓋的設(shè)計(jì)問題詳細(xì)闡述無梁樓蓋的設(shè)計(jì)方法，并從板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、柱帽設(shè)計(jì)、配筋及構(gòu)造等方面進(jìn)行探討，為指導(dǎo)無梁樓蓋的實(shí)踐應(yīng)用提供依據(jù)。

[1]王世坤.淺談地下室無梁樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].江西建材,2015(09):34+36.

[2]楊奕芬,李俊鋒.無梁樓蓋及板柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一些體會(huì)[J].四川建筑科學(xué)研究,2012,38(01):60-64.

[3]張?jiān)?無梁樓蓋中的柱帽設(shè)計(jì)[J].廣東土木與建筑,2015,22(06):3-5.

[4]吳書安.房屋建筑專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中配筋構(gòu)造問題及分析[J].揚(yáng)州職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000(02):27-32.