关于地下室无梁楼盖结构设计的思考

关于地下室无梁楼盖结构设计的思考

发表时间：2019-04-04T17:30:37.380Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：王娜

[导读] 本文简述了无梁楼盖的优缺点、设计方法、两种建模方式的特点差异及实际工程中产生的问题

中国联合工程有限公司 310051

摘要：本文简述了无梁楼盖的优缺点、设计方法、两种建模方式的特点差异及实际工程中产生的问题，分析影响地下室无梁楼盖安全性的相关因素，思考如何在设计工作中对无梁楼盖的质量安全进行把控。

关键词：无梁楼盖；设计方法；质量安全；板柱节点；不平衡弯矩

引言

近几年地下室顶板无梁楼盖结构事故多发，住建部于2018年2月下发《关于加强地下室无梁楼盖工程质量安全管理的通知》。作为结构设计师，如何理解并掌握地下室无梁楼盖结构的设计方法，如何合理加强薄弱部位，如何对施工提出安全保障措施，对实现工程质量安全有重要意义。

一、无梁楼盖结构体系的优缺点

无梁楼盖是一种不设梁，楼板直接支承在柱上的楼盖形式，一般采用板柱-剪力墙结构体系或板柱结构体系（常用于地下车库）。

无梁楼盖与传统的梁板结构相比，具有板底平整美观，结构高度小，可有效降低建筑层高；无梁楼盖的层高优势还可以在结构抗浮、土方开挖、基坑支护、降水等方面带来经济优势；在施工方面，无梁楼盖具有施工支模简单，楼面钢筋绑扎方便，从而大大提高施工速度的优点。

但是无梁楼盖也有其自身的缺点：由于取消了肋梁，使无梁楼盖结构体系的抗弯刚度减小、挠度增大，柱子周边的剪应力高度集中，可能会引起局部板的冲切破坏；无梁楼盖对不均匀荷载极为敏感，抗连续倒塌能力弱，施工时必须严格控制施工荷载；无梁楼盖结构一般设剪力墙（板柱-剪力墙结构）来增加侧向刚度，提高抗震性能，相比有梁的框架-剪力墙结构，板柱-剪力墙结构抗震性能较差。设防烈度为8度（0.30g）时，不宜采用板柱-剪力墙结构。设防烈度为9度时，不应采用板柱-剪力墙结构。规范对板柱-剪力墙结构房屋适宜的最大高度有严格规定：设防烈度6度时为80m，设防烈度7度时为70m，设防烈度8度（0.20g）时为55m，设防烈度8度（0.30g）时为40m。

二、无梁楼盖的设计方法及建模计算

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》，无梁楼盖计算时应考虑板的面外刚度影响，其面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为框架梁计算，即有限元法和等代框架法。

在PKPM中，我们可采用两种方法来建模：

1）虚粱法：PMCAD建模时在柱与柱之间布置截面为100x100的梁，以此围合形成楼板边界，辅助SLABCAD计算时楼板单元划分。 2）等代梁法：PMCAD建模时在柱上板带位置输入等代梁。等代梁宽度按柱上板带规则取，即《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的板带宽度取值，等代梁宽度各取两侧房间宽度的1/4，高度取板厚。

这两种建模方式的区别在于：

1）虚梁法：因为在传统的SATWE模块中，楼板并未参与整体计算，所以该方法仅能考虑竖向荷载对无梁楼盖的影响，并不能考虑水平荷载参与后续的计算。

2）等代梁法：用该法建模时，因为楼板是用宽扁梁模拟，因此SATWE中可以计算出水平荷载对其产生的作用，包括水平地震作用和风荷载作用。而且程序可以把SATWE中计算得到的水平荷载工况传到SLABCAD中，与竖向荷载进行相应的组合。

PKPM对无梁楼盖的设计计算主要分为两块：全楼的整体三维计算和无梁楼盖本身的分析计算。采用虚梁法或等代梁法的建模计算过程基本相同，先在PMCAD模块对无梁楼盖进行建模，再采用SATWE模块进行整体三维计算。在SATWE中我们定义楼板为弹性板6，程序真实地计算楼板平面内和平面外的刚度。采用等代梁法建模时，在PMCAD中不勾选自动计算楼板自重，否则等代梁和板重叠部分的自重会重复计算。整体计算完成后，就可以进入楼板设计中的SLABCAD模块进行楼盖分析计算，设置参数，输入柱帽、洞口等信息，生成数据后计算，计算完成就可以方便地查看有限元分析结果，板带内力及包络图，配筋结果等。

三、设计要点

1）无梁楼盖的板柱节点属关键性结构构件，结构设计须重点关注。冲切计算时，特别是多层结构必须读取SATWE的内力结果，柱内力直接关系到柱冲切柱帽，柱帽冲切板的计算结果准确性。冲切计算应考虑不平衡弯矩对剪应力的增大影响，通常地下车库距外墙第一跨框架柱柱帽节点所承受的不平衡弯矩较大，设计中建议手算复核板柱节点的抗冲切承载力。

2）柱上板带类似于框架梁，柱帽配筋时不仅顶部钢筋应配足，还应注意底部钢筋配足，对受压区高度进行控制，保证柱上板带的塑性变形能力。

3）SLABCAD有限元计算时，柱帽作为变厚度的板进行处理，板厚度变化不仅仅影响冲切结果，更主要影响到受弯结果。柱帽加厚，刚度变大，吸收荷载能力变大，导致支座弯矩很大，跨中弯矩减小，跨中可能存在安全隐患，因此对板底配筋也应进行控制。

4）板柱节点应设柱帽，并应在柱上板带中设置构造暗梁，暗梁宽度取柱宽及两侧各1.5倍板厚之和，暗梁支座上部钢筋截面积不宜小于柱上板带钢筋截面积的50%，并应全跨拉通，暗梁下部钢筋应不小于上部钢筋的1/2，暗梁应配置箍筋。沿两个主轴方向通过柱截面的板底连续钢筋的总截面面积AS应满足：AS≥NG/fy。

四、近年来地下室无梁楼盖的安全事故主要表现为板柱节点区域的冲切破坏及连续倒塌，主要问题为：

1）施工过程中，材料设备堆放、土方回填和施工机械车辆等荷载大大超出设计荷载限值；

2）施工缝的留设不合理。若地下室竖向构件和水平构件采用整支整浇施工方式，则竖向构件和水平构件之间通常不会出现不合理的施工缝。若竖向构件和水平构件分别浇筑，则建议在柱帽底部设水平缝。

3）由于板柱节点在剪力和不平衡弯矩作用下的受力性能和破坏机理非常复杂，目前对这一问题的研究不够深入，现行的《建筑抗震