无梁楼盖在地下车库中设计方法的研究及其设计优化 伊爽

无梁楼盖在地下车库中设计方法的研究及其设计优化伊爽

发表时间：2017-07-03T09:46:00.340Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年3月上作者：伊爽

[导读] 提出一般丙类建筑地下车库抗震等级可按三级或四级以及计算轴压比时轴力设计值取重力荷载代表值更为合理。中国电子工程设计院 100142

摘要：结合实际工程，简要介绍了地下车库无梁楼盖结构形式的设计过程，指出设计时需要注意的几点问题。通过对无梁楼盖设计方

法的数据对比分析，得出YJK和SLABCAD以及经验系数法计算结果情况，给出优化设计方法。

关键词：无梁楼盖，有限元，计算跨度

一、引言

地下车库建设规模约占项目总规模的20~25%，约占建安成本的20%，在车库本身的价值贡献有限的情况下，如何合理降低地下车库

建设成本，如何提高地下空间的使用效率，已是提升项目利润贡献的重要手段。本文将结合实际工程，探讨地下车库顶板结构形式选择以及结构优化问题。

二、设计实例

（一）项目简介

某建设项目，位于新疆哈密，东至五一路，西至经三路，北至新民四路，南至新民五路。拟建高层住宅楼14栋，1个地下车库。场地抗

震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第一组。项目总建筑面积174744.17m2，其中地下车库面积为

43953.00m2，主楼面积为130791.20 m2。单层地下车库层高为3.8m，柱网尺寸主要为8.1mx8.1m平时为汽车库，部分战时为常6级人员掩

蔽他所及物资库，车库顶板覆土厚度为1.8m。

该项目地下车库顶板结构形式采用无梁楼盖体系，顶板板厚450mm，柱截面采用600x600mm，基础采用独立基础加防水板，根据

《地下工程防水技术规范》，防水板厚度采用250mm，混凝土强度等级均为C35。根据地勘报告，本工程采用天然地基，持力层主要为粉质粘土，承载力特征值fak=210kpa。

（二）无梁楼盖设计方法

该项目地下车库顶板结构形式采用无梁楼盖体系。为解决板的冲切，楼板设置托板或托板加柱帽。根据荷载情况及建筑功能情况，独

立柱柱顶均设置托板加柱帽，个别人防门两侧扶壁柱柱顶设置托板，无梁楼盖托板下配筋C10@100（人防）、C10@150（非人防），柱帽配筋C8@100。无梁楼盖柱帽截面平面尺寸2700mmx2700mm，托板厚度400mm，柱帽高度400mm。

1、无梁楼盖设计方法的对比分析

传统计算无梁楼盖的内力计算方法为经验系数法，目前工程中常用的无梁楼盖有限元计算软件有：SLABCAD复杂楼板分析与设计软件

和盈建科建筑结构设计软件。下面分别用以上三种方法计算单方向板的弯矩设计值，计算结果见表3。

表3 无梁楼盖弯矩计算值对比表

由上表可知，YJK和SLABCAD计算结果基本一致，经验系数法得出的单方向板的总弯矩设计值比其他两款软件小8%~11%；弯矩分配

方面，有限元法能够比较真实的反映板的实际受力情况，设计师根据柱帽处应力状态，合理布置钢筋，既优化了设计，又能有效的控制楼板裂缝情况。建议无梁楼盖计算时采用有限元方法。根据《全国民用建筑工程设计技术措施结构（混凝土结构）》9.2.1条，板柱结构在垂直荷载和水平荷载作用下的内力和位移计算，宜优先采用有限元空间模型的计算方法。本项目工程结构计算采用盈建科建筑结构设计软件

1.7版本，下面将结合YJK软件介绍无梁楼盖设计过程及注意事项。

2、模型输入方法及注意事项

1）在模型中输入柱、墙、无梁楼盖的暗梁（一般以100mmx100mm虚梁输入）和柱帽。

2）为考虑板的平面外刚度，应将无梁楼盖板设置成弹性板3或弹性板6；为发挥出板和梁共同工作的能力，保证弹性板与梁变形协调，

应使“梁与弹性板变形协调”；为使恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载通过板的有限元计算导算到周边杆件，弹性板荷载计算方式应为有限元计算方式。

3、荷载输入方法及注意事项

根据车库顶板的覆土厚度及使用功能情况输入恒、活荷载，消防车荷载应按照自定义荷载输入。根据《建筑结构荷载规范》5.1.3条及

朱炳寅在《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》第143页“结构设计中一般可不考虑消防车荷载效应与地震作用效应的组合”。故消防车荷载的重力荷载代表值系数可填为0，墙柱构件活荷载折减系数和楼面梁活荷载折减系数按照规范要求填写。

三、设计优化

1、柱帽及板厚的优化分析

在传统的无梁楼盖设计中，由于计算软件的制约，设计师长期以来习惯采用经验系数法。关于弯矩分配值中，柱上板带与跨中板带弯

矩分配系数的取值基本一致，但计算跨度的选取不尽相同。不同之处在于计算跨度Ln的选取。根据文献[3]13.6.2.5规定Ln不小于0.65L1；而文献[1]和[2]第9.2.4条规定Ln=（L1-2C/3），即换算成本例中数据Ln=6.3m。而按照文献[3]规定，Ln=5.265m，其单方向板的总弯矩设计值为前者的70%。据此思考若将柱帽尺寸放大一些，则可适当减小单方向板的总弯矩，从而降低结构造价。

根据以上分析，柱帽尺寸大小可以影响单方向板的总弯矩设计值，考虑设备穿行所需宽度等因素，试将柱帽尺寸由2700x2700放大至4000x4000。因柱帽尺寸放大，冲切周长增大，板厚减小至350mm能够满足无梁楼盖柱、柱帽及托板抗冲切验算要求。根据经验系数法计算得净跨Ln=5.433m，单方向板的总弯矩设计值约为原来的74.4%，较文献[3]仍有一定的安全储备。优化后柱帽平面尺寸

4000mmx4000mm，托板厚度400mm，柱帽高度400mm。。

通过优化后有限元计算钢筋面积可以得出，柱帽加大后柱上板带和跨中板带下部钢筋均大幅度减小，比较接近构造配筋量，此时可将无梁楼盖通长顶筋、底筋设置好后，仅在柱帽处附加钢筋。

2、抗震等级的合理确定

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称“高规”）第3.9.5条，当地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用。笔者认为，一般高层建筑（住宅结构中多为剪力墙结构）竖向构件刚度相较地下车库内柱的竖向刚度要大的多，其地震作用对地下车库基本没有影响，其抗震等级应该可以参考《建筑抗震设计规范》（以下简称“抗规”）第14.4.4条选取，即一般丙类建筑可按三级或四级。另，根据《抗规》第6.3.6条注1，不进行地震作用计算的结构，可取无地震作用组合的轴力设计值计算轴压比；本文实例中，YJK计算轴压比时，柱轴力设计组合为1.2D+1.4L，计算出轴压比为0.90；SATWE计算轴压比时，柱轴力设计组合为重力荷载代表值1.2（D+0.5L），计算出轴压比为0.65。笔者认为轴压比主要是对抗震构件的延性要求，在地下建筑中，计算柱轴压比的轴力设计值取重力荷载代表值更为合理。

四、总结

1、结合工程实例介绍了无梁楼盖设计方法，详细给出了无梁楼盖模型及荷载输入方法及注意事项，给出传统设计方法下楼板厚度、柱帽尺寸及其相应配筋。

2、以工程实例为基础，通过对无梁楼盖设计方法的数据对比分析，得出YJK和SLABCAD计算结果基本一致，单方向板的总弯矩设计值比经验系数法得出的大，且有限元法能够比较真实的反映板的实际受力情况建议采用有限元法设计无梁楼盖；提出在满足设计要求的情况下，适当放大柱帽尺寸、减小板厚，从而减小了钢筋及混凝土含量；提出一般丙类建筑地下车库抗震等级可按三级或四级以及计算轴压比时轴力设计值取重力荷载代表值更为合理。

参考文献

[1]《钢筋混凝土升板结构技术规范GBJ130-90》，北京：中国建筑工业出版社，1990年

[2]《全国民用建筑工程设计技术措施-结构（混凝土结构）》，北京：中国计划出版社，2012年

[3]ACI 318M-11 Building code requirements for structural concrete and commentary,Detroit:American Concrete Institute,2011.