无梁楼盖在人防地下室的应用

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Slater 在 1921 年提出了划分柱上板带和跨中板带的概念，奠定了无梁楼 盖实用计算法的基础。目前，各国的有关设计规范，如美国的 ACI 规 范、英国的 CP114 规范、日本和前苏联的钢筋混凝土设计规范以及我 国的有关设计规范，关于无梁楼盖的设计主要是采用上述的工程实用 方法。
（三）有限元精确计算方法 此法对无梁楼盖结构并不是仅仅等代与简化，同时根据无梁楼盖 体系的跨中板带、柱上板带以及柱帽尺寸，采用有限元法将地下室无 梁楼盖划分为一定数量的有限元单元，并将各单元之间进行变形协调， 从而得出准确的地下室无梁楼盖内力。有限元计算法是一种通用计算 方法，对于结构的布置限制很少，计算结果较为真实准确，但计算量 大，需要大量的输入数据，通常通过 PKPM、SAP2000、MIDAS 等通用 有限元计算软件实现。 （四）考虑塑性内力重分布的计算方法 此法根据平衡原理（或虚功原理）对板的极限状态进行分析。常 用于在战时动载作用下无密闭或无防水要求的按弹塑性工作阶段设计 的无梁楼盖计算。 四、无梁楼盖的构造要求 （一）无梁楼盖的板厚度主要由抗冲切控制，其随着混凝土强度等 级、荷载、跨度及柱帽尺寸不同，而取不同的厚度。 （二）无梁楼盖的板的受力钢筋的最小配筋率的取值为：当不考虑 战时动荷载时取 0.15%；当战时动荷载和静荷载共同作用时，取 0.3% 和 0.45ftd/fyd 中的较大值。（ftd- 动荷载作用下混凝土抗拉强度设计者； fyd- 动荷载作用下钢筋抗拉强度设计者） （三）对于主要承受战时动荷载的无梁楼盖结构，为了提高无梁楼 盖在动荷载作用下的延性，板内纵向受力钢筋宜通长布置，间距不大 于 250mm，并应符合下列规定： 1. 邻跨之间的受力钢筋宜采用机械连接或焊接接头，下部钢筋可 伸入邻跨内锚固。 2. 板内下层钢筋宜全部拉通，不宜弯起，上层钢筋一般也要拉通， 不宜采用分离式配筋。 3. 若相邻支座的负弯矩相差较大时，可将负弯矩较大的支座处的 顶层钢筋局部截断，但被截断的钢筋截面面积不应超过顶层受力钢筋 总截面面积的 1/3，且被截断钢筋应延伸至按正截面受弯承载力计算不 需要设置钢筋处以外，延伸的长度不应小于 20 倍钢筋直径。 （四）顶层钢筋网与底层钢筋网之间应设置梅花形布置的拉结筋， 其直径不应小于 6mm，间距不应大于 500mm，弯钩直线段长度不应小 于 6 倍拉结筋的直径，且不应小于 50mm。 （五）在离柱（帽）边 1.0 倍板厚范围内，板内箍筋间距不应大于 h0/3，箍筋截面面积 Asv 不应小于 0.2μmh0ftd/fyd，并应按相同的箍筋直径 与间距向外延伸不小于 0.5h0 的范围。对厚度超过 350mm 的板，允许设 置开口箍筋，并允许用拉结筋代替部分箍筋，但其截面面积不得超过 所需箍筋截面面积的 25%。（μm- 冲切破坏锥体斜面的平均周长；h0-
利用率高，造型美观、有利于通风、便于管线布置和施工等优点。从综合效益的角度出发，无梁楼盖是人防工程地下室的首选。基于此，本文就
无梁楼盖在人防工程地下室的应用进行分析与研究。
关键词：无梁楼盖Biblioteka Baidu人防地下室；应用
中图分类号：TU2
文献标识码：A
引言： 无梁楼盖是一种双向受力楼盖，由楼板、柱和柱帽组成的板柱结 构体系。无梁楼盖的特点是板厚比较厚，楼盖比较重，有利于提高结 构的抗浮能力。将无梁楼盖运用于地下室，可有效降低地下室层高， 从而减少地下室总埋深。从使用效果来看，可增加地下室的有效使用 面积，节约通风设备和长期供电的投入。就结构成本而言，可降低基 坑支护费用，减少基坑土方开挖量，节约地下室竖向构件的材料用量。 在施工方面，采用无梁楼盖结构形式可以节省支模、方便钢筋绑扎、 便于设备安装等优点，从而提高施工进度。在动荷载作用下其延性性 能良好，安全储备大，近年来在人防地下室工程中使用较多。 一、无梁楼盖的特点 无梁楼盖是由柱支承的连续板结构，由柱网将板划分成各个矩形 区 格 板。 柱 网 宜 为 正 方 形 或 矩 形， 区 格 板 长 短 跨 之 比 一 般 不 宜 大 于 1.5。无梁楼盖的结构试验表明，柱支承板的受力特点不同于四边支承 双向板。四边支承板主要由平行于短边方向的板条传力并承受较大弯 矩，而无梁楼盖主要由平行于长边的的柱条传力并承受较大弯矩。无 梁楼盖的裂缝由板底中部的正弯矩裂缝（首先出现平行于短边的裂缝） 和靠近四角的垂直于对角线方向的负弯矩裂缝组成。关于无梁楼盖的 动载试验表明，无梁楼盖在动载作用下，其破坏形态和静载作用下是 相同的。其允许延性比 [β] 可取 3。 二、无梁楼盖结构形式的选择 传统的无梁楼盖为等厚度无梁楼盖，随着技术的进步，出现了柱 上板带厚于其他部位的不等厚无梁楼盖。无梁楼盖按是否设置柱帽， 可以分为不设柱帽、设锥形柱帽和设方形柱帽三种形式。 根据刚度原理，柱上板带刚度大于其余部位有利于荷载的传递， 因此，从受力合理性来看，不等厚无梁楼盖优于等厚度无梁楼盖。必 须指出的是，不等厚无梁楼盖可能因构造的需要，其用钢量略大于等 厚度无梁楼盖，但其受力合理、自重较轻，所以仍然建议优先选择不 等厚无梁楼盖。 无梁楼盖是否设置柱帽，主要取决于柱上板带的厚度是否满足抗 冲切的要求。如果厚度合适，且不需要配置或仅需配置少量抗冲切箍 筋就能满足要求时，则不设柱帽；否则需要设柱帽。如果仅仅需要提 高板抗冲切能力，则需要设置锥形柱帽。如果既要提高板抗冲切能力， 又要改善柱上板带受力状态，则需要设置方形柱帽。 三、无梁楼盖的内力计算概述 无梁楼盖的内力计算方法主要有以下几种： （一）点支承连续板的弹性分析法 此法将板视为点支撑的薄板，利用三角级数法、差分法或有限单 元法等进行分析。这种方法在数字上虽然有一定精度，但其依据的假 设与实际情况不尽相符，故在工程设计中用得不多。 （二）工程实用计算法 此法是在国内外大量的试验研究和理论研究基础上提出的一种简 化计算方法。其中包括等代框架法和经验系数法两种。Westergard 和
建筑设计
CONSTRUCTION
第 5 卷 第 20 期 2015 年 7 月
无梁楼盖在人防地下室的应用
丁文武 河南省人防建筑设计研究院有限公司 河南省 450000
摘 要：无梁楼盖结构（或称板柱结构）指直接支承在柱上的钢筋混凝土板的承重体系。近年来，无梁楼盖结构在各类地下室，尤其是人防
工程地下室的建设中的应用已经非常普遍。无梁楼盖结构因不设置梁，板面荷载直接由板传至柱，因此具有结构体系简单、传力路径简捷，净空
表 1 板带受弯承载力计算结果
（a）防护单元 （b）防爆单元 图 1 地下 1 层防护、防爆单元划分示意图
作用在结构各部位的等效荷 载标准值分别为：底板 30kNm2， 顶 板 40kNm2， 外 墙 15kNm2， 临 空 墙 80kNm2， 防 护 密 闭 门 门 框 墙 120kNm2， 相 邻 防 护 单 元 隔 墙、 楼 板 30kNm2， 楼 梯 正 面 40kNm2，楼梯反面 20kNm2。
（三）结构布置和选型 本工程采用无梁楼盖板柱结 构 体 系， 为 纯 地 下 室 结 构， 抗 震 等 级 按 三 级 考 虑。 柱 距 一 般 图 2 地下 2、3 层防护单元示意图 为 8.2m×7.0m 和 8.2m×6.0m，框架柱截面为 600×600，地下室侧壁厚 度为 350mm，楼梯出入口及坡道出入口的墙厚为 300mm，楼板厚度为 350mm（无柱帽），结构各层构件混凝土强度等级分别为：负 1 ～ 2 层 柱为 C35，负 3 层柱为 C40；剪力墙、楼板均为 C35；楼梯为 C30。典型 楼层平面如图 3 所示。
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冲切破坏锥体有效高度） 五、无梁楼盖在人防地下室的应用 （一）工程概况 某广场地下人防工程项目位于其旧城改造区内，总用地 15116m2，
其中净用地 13782m2，南北长 109.8m，东西宽 102.6m。地下建筑共计 3 层，地下 1 层层高 3.3~5.8m，地下 2、3 层层高均为 3.3m，平时作为地 下汽车库，战时为甲类核 6B 人防物资库。
图 3 地下 2 层平面图
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2. 板带挠度变形及裂缝计算 本工程正常使用极限状态下的最大挠度为 4.56mm，规范限值为 7000÷300=23.3mm，满足要求； 正常使用极限状态下的最大裂缝为 0.04mm，小于规范限值 0.3mm， 满足要求。 3. 板柱冲切计算 R=V/Vu 式中：R 为板柱冲切比；V 为冲切力设计值；Vu 为抗冲切承载力。 在平时组合作用下，板柱冲切比 R 控制在 0.37 ～ 0.53；在战时组合作 用下，R 控制在 0.58 ～ 0.83；满足要求。 六、结束语 无梁楼盖适用于荷载较大，并且对楼板厚度有一定要求的区域， 因此在地下室结构特别是存在人防要求的结构中，无梁楼盖的各项优 异性能可以得到最大化的体现，在混凝土使用量相近的情况下大大节 省钢筋。较梁板体系而言，无梁楼盖拥有经济与时间上的优势，可以 在一定程度上减少造价，缩短工期，同时为建筑空间的最大化使用提 供有利的条件。
（二）人防设防标准 本工程根据平战结合的要求，地下 1 ～ 3 层设置甲类核 6B 级人防 物资库。其中，地下 1 层设 3 个防护单元和 6 个抗爆单元；地下 2、3 层 设 1 个防护单元和 1 个抗爆单元，具体划分情况如图 1 ～ 2 所示
（四）结构计算与分析 1. 计算参数选取 采用 PKPM-SLABCAD 软件进行计算，相关参数及荷载组合分别 为：平时楼面活荷载标准值 4.0kNm2，战时无梁楼盖上下层人防等效荷 载标准值按相邻防护单元抗力级别相同核 6B 级考虑，即 30kNm2；荷载 基本组合效应设计值按下式确定： a. 平时组合（非控制组合）：1.2S恒载+1.4Q活载 b. 战时组合（控制组合）：1.2S恒荷+1.0Q人防 材料强度综合调整系数：HRB400 钢筋取 1.2，混凝土取 1.5。其余 参数按 GB50038-2005《人民防空地下室设计规范》取用。 （五）主要计算内容及结果 取负 2 层 6 ～ 7 轴 ×H ～ J 轴典型板带进行分析。 1. 受弯承载力计算 通过计算得出战时组合作用下的板带弯矩图（略），可见柱上板带 最大负弯矩位于柱中，最不利截面取至柱边，对最大负弯矩进行削峰 处理，并进行积分等效处理，其结果见表 1。