无梁楼盖车库设计探讨

无梁楼盖地下车库设计探讨

摘要：目前无梁楼盖结构在地下车库建造领域获得了广泛的应用，这种结构具有施工进度快、造价成本低、空间布置灵活等优势。本文结合工作经验介绍了无梁楼盖设计的三种计算方法，同时分析在高层建筑建造时车库采用无梁楼盖结构时与主楼的嵌固问题。

关键词：无梁楼盖；地下车库；计算方法；嵌固

1前言

以前进行车库设计时一般都会采用梁板结构，梁板结构对地下室的层高要求比较大。为了简化车库的施工工序，减少基坑开挖深度和支护费用，大量的车库采用无梁楼盖结构体系。无梁楼盖的建造空间较大，车库内部建设完成后比较平整和美观，与梁板结构相比地下室能提供较大的建筑净空，敷设管线更加方便，并且节省了造价成本。采用无梁楼盖建造地下室，施工支模相对简单、绑扎钢筋方便，被越来越多的设计单位和建设单位所认可，正在成为地下车库的主要结构形式。

2无梁楼盖的设计计算方法

无梁楼盖也称为板柱结构，将板直接支撑在柱子上，板面荷载通过柱子传给基础，车库设计中板柱结构由楼板、柱帽、柱子组成。虽然没有梁，但是柱上板带代替了梁板结构中梁的功能。进行地下室设计时，计算的主要对象是无梁楼盖的受力分析，通常采用的计算方法有以下几种：

2.1直接设计法

直接设计法又称为弯矩系数法，采用直接设计法是在弹性薄板理论分析的基础上，计算出跨中板带和柱上板带在支座、跨中截面上的弯矩系数，设计中采用相对应的弯矩系数乘以总弯矩就可以得到每个控制截面的弯矩。根据各个板带的控制弯矩来计算配筋量。

直接设计法的适用条件为：活荷载是均布的，且活荷载与恒荷载设计值之比应小于3；每一区格的长跨不应大于短跨的1.5倍；两个方向均至少有三个连续跨数；最大跨度不大于最小跨度的1.2倍。

2.2等代框架法

等代框架法是以框架为计算对象的设计方法，是将板和柱假设为一个框架，在这种假设下板称为“框架梁”，柱被为“框架柱”。在等代框架法下板厚即是“框架梁”高度，竖向荷载下与板跨中心线之间的距离是“框架梁”的宽度，如果是水平荷载，与跨中心线之间距离的1/2即为其宽度。这样计算距离的原因是竖向荷载下，板带弯曲变形后，柱承担了这部

分荷载，板和柱是等代的框架关系，但是在水平荷载下，板带承受由柱带来的荷载，由于柱的抗弯度相对较小，所以板带的宽度取距离的一半。

“框架梁”的宽度大于柱的宽度，这是显而易见的，板上的部分荷载产生的弯矩会由柱来承担，绝大多数荷载是通过让板承受后再传给柱的，柱在力的作用下会变弯曲。在等代框架法中，“框架柱”不仅仅包括柱，还包括与柱宽相同的板，可以将这部分板称为等代柱，“框架柱”的钢度不仅仅包括柱的刚度，同时也包括柱两侧的板受到抗扭力后的刚度，是一个等代刚度。计算“框架柱”的高度时，楼层的高度是层高与柱帽高的差，底层的高度是基础距离底层楼板的高度与柱帽高度的差。

用等代框架法计算内力时，要充分考虑活荷载的不利分布产生的影响。计算竖向荷载下的内力时，可以进行简化计算，也可以进行电脑精确计算。一个地下室工程要将主轴上的加载内力都计算进去。

如果水平荷载较小，计算内力时采用等代框架法是比较适合的，如果水平荷载较大，再采用这种方法就会产生一定误差。板和柱的连接处一般会有较大的双力弯矩，连接点的定位就会不那么准确。地下室在进行设计时抗震性要求较低，板柱构造就可以满足使用需要，这也是地下车库普遍采用板柱结构的主要原因。

2.3有限元法

计算无梁楼盖时如果采用有限元法，其原理是楼板被分为一个个小的单元，计算时采用有限元分析方法，一般会采用YJK程序来实现。楼板被划分为一个个细小的板带，每个小板带上都设置剖面，采用有限元法计算每个剖面的应力，应力之和即为截面的设计内力，根据截面的内力来计算配筋量。

在使用YJK有限元法计算无梁楼盖时,在建模、上部计算、楼板施工图三个模块中就可完成，而且无梁楼盖的设计可以和其它结构整体建模和分析协同工作，是融入其它结构设计之中的，在软件的交互式界面进行输入，布置无梁楼盖的暗梁和柱帽，在上部结构计算中采用弹性板3或弹性板6模型，并补充柱的冲切计算，在楼板设计中采用楼板有限元计算，并按照柱上板带和跨中板带给出计算结果和楼板施工图设计，柱帽通长有三种形式：柱帽、柱帽+托板、托板。无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽（柱托）板或有柱帽（柱托）板形式。柱托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不宜小于板厚度的1/4。西安8度时应采用有柱托板，此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和。托板总厚度尚不应小于柱纵向钢筋直径的16倍。2016年我们设计的万科城·润园地下车库就采用有限元计算这种方法，达到了良好的效果。

2.4三种计算方法的异同点

用以上三种计算方法计算无梁楼盖，各有特点，同时也有各自的不足。下面分别进行说明。

直接设计法在分配系数时，未对无梁楼盖进行整体计算分析，下一步要通过改进来提高分配系数的精确度。

等代框架法采用的是纵向和横向的交叉梁结构，对于无梁楼盖的受力情况是比较客观的反映，其计算结果也是比较中肯的。

有限元计算方法已经成为无梁楼盖设计的主要计算方法，其计算结果也比较贴近实际工程，但在使用YJK软件操作时也应注意以下问题：

有限元法的计算结果中，板带的支座弯矩大于其他位置的弯矩，这是因为采用有限元法进行计算时假定柱上的板带的支座受到了集中的应力，峰值应力却越来越小，这需要在以后的设计过程中对集中应力和峰值应力进行调整。在进行有限元计算时楼板被分为一个个小的截面，计算的前提是各个截面相互之间受力产生了变形，客观的反映了楼板的受力情况，计算结果比较准确，其可以成为工程设计中的可信性参考。如果有些部位受力比较复杂，要进行人工的复核，配筋时要留出一定的余幅。采用YJK对无梁楼盖板应设置成弹性板3或者弹性板6，并应将计算参数中弹性板的单元尺寸从隐含的2米改到1米，并勾选参数“梁与弹性板变形协调”。这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是，如果不勾选这个参数，板只在梁端节点和梁连接，不能发挥出板和梁共同工作的能力。为了考虑柱帽的有利因素，软件自动将和柱帽相连的梁设置成加腋梁，因此在上部结构计算中这些梁是按照加腋梁计算和配筋的。在这些梁的配筋结果文件中，可以看到加腋的尺寸等信息。有柱帽时，各层计算结果简图中将画出柱帽。

3无梁楼盖对高层主楼嵌固的影响

如果高层建筑地下室采用的是现浇楼板结构，其设计要求为“楼板的厚度要大于180mm，混凝土的强度要大于C30，要采用双层双向配筋，每层每个方向上的配筋率要大于0.25%”，楼板结构的具体设计要求要比无梁楼盖结构要高，板的厚度和配筋量要求要更高。无梁楼盖结构外部的刚度较小，无法满足刚性楼板的要求，如果地下车库没有地上结构，地下室的顶板可以采用无梁楼盖结构，但是如果地下室的顶板作为与上部结构的嵌固部位，按照抗规要求地下室在地上结构相关范围的顶板应采用梁板结构。但当该部分楼板的厚度足够厚（如楼板厚度不小于跨度的1/20且不小于180）时，可认为其属于梁板结构。

4小结

综上所述，无梁楼盖地下车库与传统地下室梁板结构相比优势在于：在同等建筑净高下无梁楼盖建筑高度较小，节约了建筑材料，减少了土方开挖量；无梁楼盖顶板比较平整，建