地下室无梁楼盖设计分析

地下室无梁楼盖设计分析

发表时间：2019-01-02T15:56:16.113Z 来源：《建筑细部》2018年第11期作者：景毅

[导读] 本文对无梁楼盖在地下室应用中的特点从设计、施工等角度进行论述，以笔者设计的实际工程为案例，从设计步骤、计算方法及在某无梁楼盖局部坍塌事故中应吸取的教训等几个方面对无梁楼盖的设计及应用进行分析研究。

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摘要：本文对无梁楼盖在地下室应用中的特点从设计、施工等角度进行论述，以笔者设计的实际工程为案例，从设计步骤、计算方法及在某无梁楼盖局部坍塌事故中应吸取的教训等几个方面对无梁楼盖的设计及应用进行分析研究。

关键词：地下车库；无梁楼盖；设计分析

在传统的地下室楼盖选型中，较多采用梁板结构，作为主要受力构件的框架梁，截面高度较大，为满足建筑及设备专业对车库净高的使用要求，一般建筑层高较大，基坑开挖深度较深，需采取基坑支护及降水措施，施工具有一定难度且施工周期较长。当采用无梁楼盖时以上问题会得到缓解，从人工、材料、基坑支护、降水等方面比较，其综合成本较低且外形美观。较多成熟的结构设计师将无梁楼盖作为地下室楼盖形式的首选方案提供给建设单位。

一、无梁楼盖的特点

无梁楼盖柱间不设框架梁只有板柱的支撑，依靠板柱双向受力来承载。无梁楼盖设计时根据板带位置划分为柱上板带和跨中板带，通过设置柱帽来保证板柱节点处抗冲切承载力，柱帽常见单倾角、变倾角、托板三种形式。采用无梁楼盖，在满足地下室使用净高的前提下，可以减少基槽开挖深度，减少土方开挖量，缩短施工周期，降低基坑支护、降水、抗浮的费用，从而有效地降低工程综合造价。

二、无梁楼盖地下室抗震等级的确定

地下室可划分为单建式和附建式。对于单建式地下室抗震等级依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）第14.1.4条来确定。对于附建式，依据抗规第6.1.3条和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第3.9.5条来确定。

三、工程案例

以笔者设计的银川海宝福星苑单建式地下一层车库为案例，此工程平面尺寸为144*38.4m，柱网以6*8m和7.2*8m为主，层高3.4m，顶板覆土厚度1.2m，设计使用年限为50年，抗震设防类别为标准设防类，安全等级为二级，框架抗震等级为三级（本地区抗震设防烈度为8度0.20g，设计地震分组为第二组），场地类别为II类。

3.1顶板厚度的确定

无梁楼盖顶板厚度依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010（2015年版）第9.1.2条：板的跨厚比：无梁支承的有柱帽板不大于35（板的荷载、跨度较大时适当减小）。本例不含顶板自重的恒载标准值取为22kN/m2，消防车活载标准值取为20kN/m2，因荷载较大且无梁楼盖施工过程时难免有大型机械在顶板上工作，而无梁楼盖对超载及荷载不均匀分布非常敏感，所以在顶板厚度取值时要适当留有余地。案例顶板采用防水混凝土，依据《地下工程防水技术规范》GB50108-2008第4.1.7条：防水混凝土结构厚度不应小于250mm。综合以上因素，顶板厚度取为400mm，采用C30抗渗混凝土，抗渗等级为P6。

3.2柱帽尺寸的确定

柱帽可保证板柱节点抗冲切承载力，减小板的计算跨度，降低钢筋含量。柱帽是保证无梁楼盖安全的重要构件，其设计与柱对板的冲切力及板厚相关。计算依据混凝土规范第6.5节相关条文。本例采用倾角托板柱帽，几何尺寸如下：h1=200mm，h2=500mm，

c1=400mm，c2=1150mm（尺寸含义详《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》16G101-1第51页）。

3.3墙、柱尺寸的确定

地下室中的墙主要有风道墙、人防墙及外墙，这些墙除要满足挡土、挡水、人防等受力要求外，还要满足楼盖中纵向钢筋在墙内的锚固要求[1]。由于受荷较大的无梁楼盖一般采用直径较大的钢筋，钢筋在墙内锚固长度需满足混凝土规范的构造要求，这就对墙厚有一定要求，设计时要综合考虑。本例框架柱截面尺寸为500*500mm，外墙厚度为350mm，满足受力及构造要求。

四、无梁楼盖的计算方法

无梁楼盖的计算方法主要有以下三种：

4.1经验系数计算法

又称直接设计法，此法是根据弹性理论在试验研究和实践经验的基础上提出。直接给出横、纵向的截面总弯矩，再分配到柱上、跨中板带。此法适用范围受限，用于结构方案初步设计阶段。

4.2等代框架法

此法是将楼板按横、纵向截取等代框架。等代框架的计算宽度取为支柱两侧各取1/2板跨，框架梁的计算跨度取为楼板的计算跨度，框架柱的计算高度取为侧壁的计算高度。通过对各个控制截面进行内力分析，将所得截面弯矩乘以一定的系数分配到柱上、跨中板带，但此法中等代梁宽度的计算方法尚有争议。

4.3板壳有限元法

此法是将楼板划分为一定数量的板壳单元，并以各单元间的变形协调为前提，此法可以比较准确的计算无梁楼盖结构内力，与结构的实际受力情况最为相符，案例即采用此法。主要步骤：1、PMCAD建模时柱间梁定义为虚梁，楼板定义为“弹性板6”，勾选“弹性板与梁变形协调”选项。2、对墙柱等构件采用SATWE接力PMCAD计算。3、无梁楼盖采用SLABCAD接力SATWE计算。本例壳单元剖分尺寸采用1000*1000mm，计算柱上板带配筋为：板底通筋C18@200，板顶通筋C22@200，在柱帽及延伸范围内附加板顶筋C22@200；跨中板带配筋为：板底通筋C18@200，板顶通筋C14@200（C表示三级钢）。板柱节点抗冲切验算结果均大于1.0。柱上板带最大裂缝宽度为

0.18mm，满足混凝土规范第3.4.5条最大裂缝宽度0.2mm的要求。

五、无梁楼盖设计中应吸取的工程事故教训

2017年8月19日，北京市石景山区某地下车库项目现场施工人员在使用铲车进行地库顶板覆土施工时，该地库地下一层东北侧顶板发生局部垮塌。根据国家建筑工程质量监督检验中心提供的鉴定结论：“该地库局部坍塌由多种原因造成，但地下一层顶板部分板柱节点处冲