探究地下室無梁樓蓋結構設計的重點

李主華

（中鐵上海設計院集團有限公司天津分院 天津 300073）

引言

隨著無梁樓蓋的興起，該結構在地下室尤其是多層地下室得到了普遍的使用。綜合考慮社會效益和經濟效益，對地下室的結構特征進行充分的分析，結果發現與普通梁板結構相比無梁樓蓋更適用于地下室建筑。簡而言之，無梁結構就是地板和立柱一起構成了屋頂柱構造，因此樓面的荷載可以直接從屋頂傳輸到立柱以及底座，減少了傳輸的距離，降低了建筑模板的使用，增加了建筑面積。值得注意的是，在建筑施工的過程中，必須要對建筑結構的抗震性能進行檢測，保證地下室的抗震能力。

1 地下室無梁樓蓋的特點

無梁樓蓋是板柱雙向受力的結構體系，它的樓板屬于四點支撐，是雙向受力的構造。當樓板出現開裂之前的時期是彈性階段，但是隨著負荷逐漸地增加，裂縫會先從柱帽的頂端處開始，隨著橫向的延長，裂縫到達板跨中的時候，就會在板底形成更多的裂縫，到最后柱帽的頂端、柱列軸線的跨中板底、板頂出現很多的裂縫，這時鋼筋到了受拉屈服的階段，混凝土也到了極限壓應變，此時樓板已經受損嚴重。在地下室建筑項目中使用無梁樓蓋可以降低控制項目的埋深，進而增加了建筑面積，降低電能和通風設備的消耗。從結構方面看，無梁樓蓋能夠減少基坑支護的花費和開挖的工作量。因此，在地下室建筑項目中，無梁樓蓋得到了廣泛的應用，建筑設計師在工作過程中應多考慮該結構體系的應用。

2 無梁樓蓋的優點

2.1 降低地下室的層高

在地下室使用無梁樓蓋，因為結構板厚比梁板式的梁高要小，在管線可以避開柱帽的時候可以增加地下室凈空高度，或者凈空一樣大的時候可以降低地下室的層高。降低層高就可以減少土方開挖和地下水位，從而降低成本。

2.2 增加了建筑的美觀性

無梁樓蓋頂板結構面由于布局比較簡易，而且通風的效果比較好，在施工的操作中管道的布線以及施工非常簡單，不但可以讓建筑物能夠展示出它的使用功能，而且美觀性也大大的提高了。

2.3 加快進度，工期縮短

因為無梁樓蓋結構與普通梁板式結構相比，結構簡單而且傳力的途徑不長，能夠方便鋼筋綁扎的操作進行，而且降低了模板施工和土方開挖的工作量，能夠加快建筑施工的進程，減少基坑暴露的時間。除此之外，當出現地震的時候無梁樓蓋結構受到的威脅更小。

3 地下室無梁樓蓋的計算方法

3.1 經驗系數法

經驗系數法屬于無梁樓蓋結構中一個簡易的算法，工作人員能夠不依靠計算工具和設備助手在直接計數的狀況下的普遍使用。經驗系數法是在實踐經驗和實證研究的基礎上，得出總彎矩的數值，隨后乘以彎矩分配系數，最后得到截面彎矩。當計算條件適合于經驗系數法的時候，計算過程會十分快捷而且結果會比較精確。經驗系數法是按照邊跨條件對邊跨內力進行確定，分別用0.35M和0.65M對其內力進行分配，所以設計人員要對跨中彎矩M的數值進行精確計算。一旦無梁樓蓋結構體系托板和柱帽，特別是內力可能朝支座的方向傾斜，這種狀況下位置、板厚以及截面設計的節點要依據長跨進行確定，把計算的模型轉化為單向板的模式，X、Y向的要計算荷載。通過經驗系數法進行計算要具備以下條件，包括同一方向不低于連續三跨；在同一方向的跨度差值應該小于或等于1.2；每一個單元板的長寬比不超過1.5；活荷載以及恒荷載的比值小于或等于3；在柱網的布置無規律的狀態下，柱間的偏離值不能超過跨度的1/10。

3.2 等代框架法

等代框架法是指把一整個無梁樓蓋按照縱橫柱列的方向分為縱、橫兩個方向的框架。當等代框架的梁的寬和豎向的承重作用相同的時候，為板跨中心線間的長度。當為水平荷載的時候，為板跨中心線間長度的1/2比較合適。等代框架的梁高與板的厚度一致。等代框架梁的跨度應為lx-2C/3或ly-2C/3，c為柱帽寬度。在計算等代框架的高度時，樓層是層高減柱帽的高，底層是基礎頂面到層樓板底面之間的距離減柱帽的高。如果只有豎向荷載的時候，等代框架能夠用分層法進行分析，樓板都可視為上層柱的固定遠端。就可以把一個等代的多層框架的運算轉化為兩層或者一層的運算。等代框架法不是在任何情況下都適用，一般在任何一個區格的長跨和寬跨之間的比值小于或等于2的時候才適用。

3.3 有限元分析法

有限元分析法是對無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶和柱帽的尺寸進行測量，然后將無梁樓蓋拆分成多個單元，將單元之間進行變形協調，進而計算出地下室無梁樓蓋內力。有限元計算法屬于通用的計算方法，得出的結果比較科學可靠。如果計算量比較大的時候通常需要進行大量的數據輸入，一般采用PKPM結構系列軟件、盈建科軟件以及midasbuilding結構計算軟件等方式進行計算。

4 無梁樓蓋截面設計和沖切計算

4.1 截面設計

如果豎向的荷載背景下對柱帽的無梁樓蓋結構進行布置，工程師要對樓蓋的穹頂作用進行分析。所得到的截面彎矩都要乘以0.8，除了邊支座和跨中以外。樓蓋的有效高度應該在同一個單元的兩個不同方向的彎矩下，選擇對應不一樣的高度。如果單元是正形的區格，為各方向的有效高度的算數平均值。

4.2 沖切計算

如果局部荷載和集中反力共同作用下配置箍筋和彎起鋼筋的樓蓋。它的抗沖切和配置箍筋要與《混凝土結構設計規范》中的規定相符。如果樓蓋單跨度大于6cm的時候，或者相鄰板跨差距較大的時候，應該綜合考慮靜荷載和等效靜載共同作用再對沖切荷載進行計算，要乘以放大系數作為最終的數值。如果是無梁樓蓋的長短跨比值大于4/3的情況，要布置箍筋。

5 結構設計重點

5.1 保證地下室無梁樓蓋的端跨設計

在實際操作過程中，屋面的結構形式種類繁多，但是都要保證跨度支撐力距為最大值。如果地板在用經驗系數的方法計算了豎向力，那么在后期的設計中，必須要在整個的懸板設計以上，從而確保端跨軸承的平衡性。一般情況下，要保證地下室的墻體承載能力。這種結構的地下室，要將端部的墻帶作為基本，從而可以實現彎矩傳遞，也可以發揮相互作用的功能。所以在對無梁樓蓋地下室的設計過程中要重點注意端跨設計。

5.2 整合多種因素對整體結構的影響

地下室的建造過程中應該考慮多方面的因素。首先是屋面的設計，對屋面的設計過程中要結合地下室墻體結構的承載能力和剛度。一般而言，地基的剛度不能太小否則會造成端跨板的彎矩過大。所以要對建筑的整體結構進行綜合考慮，得到穩定的地下室結構設計。如果使用經驗系數法無底板梁結構設計，因為理論端跨板和現實當中的受力不同，會造成整體結構與實際情況存在差距。無梁樓板結構設計的等效框架法中要對剛性基礎進行分析，確保設計圖紙的實用性和穩定性。因此，在對地下室頂板的策劃過程中要充分考慮剛性的無梁樓蓋地下墻作為建筑的整體。通過三種不同的計算方法進行計算，保證建筑的穩定性和安全性。除此之外，要在結構的設計過程中，對側向土壓力、端跨以及地基等不同影響因素進行綜合分析。

5.3 無梁樓蓋抗沖切設計

地下室無梁樓蓋因為跨度比較大、覆土比較厚而且荷載大，同時要承受地下室人防荷載，因此它的厚度是根據沖切計算得出的，而不是板帶抗彎設計決定的，不能因為板帶配筋截面小就降低板厚，這樣容易出現安全事故。加強板柱節點的抗沖切承載力，通常通過以下三個方面：增加板柱節點周圍板的厚度或者加上柱帽；使用穿過柱截面布置板內的暗梁，暗梁包括抗剪箍筋和縱筋；使用相互垂直而且通過柱子截面的型鋼焊接形成的型鋼剪力架。

6 結束語

無梁樓蓋的結構因為沒有設置梁，構造簡潔、傳力途徑簡單、空間利用率高、通風方便而且易于施工，因此近些年該結構體系被大量的應用到了地下室的建筑當中。從結構性能來看，該結構體系的延性比較差，板在柱帽和柱頂端的損害是脆性沖切破壞。根據之前的工程經驗，地下室的主要花費集中在的各樓板的結構布置。無梁樓蓋能夠壓縮層高，節約成本，因此極大的推動了我國建筑行業的發展。