摘要：无梁楼盖结构因其施工方便、空间利用率高、成本低等优点在地下室结构中广泛应用，但近年来频发的坍塌事故也暴露出其刚度小、延性差、冗余承载力低等缺点。因此，针对无梁楼盖的结构设计与施工过程中容易出现的问题进行优化，避免此类事故再次发生是十分重要的。
关键词：无梁楼盖；倒塌；结构设计；施工
1绪论
无梁楼盖是一种不设梁的板柱体系，其楼盖与墙和柱直接相连。无梁楼盖把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字形或 T 形截面体系，使同样高度的楼层扩大了净空，节省了建筑材料，并且所需模板较有梁楼盖大大减少，施工更加简单，从而也提高了施工进度，降低了施工成本。另外这种“无梁楼盖”使楼层空间布置可以摆脱梁的制约，空间布置更加灵活。因为上述优点，无梁楼盖在国内外得到了广泛应用。
无梁楼盖应用于地上结构时，在承受竖向荷载的同时还要传递水平荷载。由于缺失梁这一水平构件，其抗侧刚度低，承受水平荷载的能力较差。而应用于地下结构时，楼盖系统基本不承受水平荷载，此时使用无梁楼盖安全度较高且具有较为明显的经济优势，如提供更高的结构净高，设备安装便捷，减少基坑施工费用等，因而近年来在地下室工程中得到了大量推广。
但是，无梁楼盖的破坏倒塌事故在国内外多次发生。如1995年韩国首尔三丰百货公司大楼倒塌、1997年英国Piper’s Row停车场破坏、2017年北京市石景山区无梁楼盖坍塌事故、2018年中山市某项目地下室顶板无梁楼盖局部坍塌事故以及2019年南昌市某项目地下车库无梁楼盖区局部坍塌事故等。因此，探寻事故发生原因，研究其背后机理并提出措施避免此类事故发生成为了一项十分重要的任务。本文将从结构设计与施工两个方面来分析探讨。
2无梁楼盖结构设计与优化
无梁楼盖结构的板面荷载直接传递至柱，结构简单，传力路径简洁。自1906年问世以来，经过一个世纪的研究发展，无梁楼盖结构设计的方法已较为成熟。但是，因为未设置梁，其楼盖刚度小，变形大，冗余承载力低。而且由于无梁楼盖板的延性较差，其破坏形式往往是板在柱帽或柱顶处的脆性冲切破坏，且破坏后易导致连续倒塌，后果较为严重。例如2017年北京市石景山区无梁楼盖坍塌事故（见图1）和2019年南昌市某项目地下车库无梁楼盖区局部坍塌事故（见图2），事故直接原因都是无梁楼盖发生了冲切破坏，引起连续坍塌。因此，从无梁楼盖的结构设计方法上来看，如何增强其抗冲切破坏能力，提高冗余承载力成为了在结构设计优化上的重点。
图1 北京市某项目无梁楼盖坍塌事故 图2 南昌市某项目无梁楼盖局部坍塌事故2.1无梁楼盖设计方法
无梁楼盖的结构计算常用的方法主要有三种：经验系数法、等代框架法和有限元法[1]。经验系数法和等代框架法详见《现浇混凝土空心楼盖技术规程》JGJ/T268-2012，有限元法主要采用SLABCAD等有限元程序对无梁楼盖结构进行求解计算的结构设计分析方法，具体不在一一赘述。
2.2存在问题与优化
无梁楼盖的冲切破坏是导致无梁楼盖结构倒塌破坏的直接原因。国内外学者对此也进行了大量研究。
易伟建等通过对４个不同参数的中柱节点在有偏载作用下的破坏试验，发现以下结论：（1）随着中柱重剪比（节点所受竖向重力荷载与其冲切承载力的比值定义为重剪比）的增加，无梁楼盖结构不平衡弯矩承载能力减小，且减小的幅度增加。混凝土保护层剥落现象也随重剪比的增加而变得更严重。对低配筋率、高重剪比的节点而言，不平衡弯矩的出现可能会改变其最终破坏形式。（2）基于偏心剪应力模型的计算公式对节点承载力的预测不够准确，离散程度高，且在重剪比介于0.3到0.6之间时不够保守，甚至高估节点的不平衡弯矩承载力。此外，中国规范对节点破坏类型预测的标准也不甚合理。（3）各国规范对于同时承受竖向剪力和不平衡弯矩的板柱节点承载力的计算准确程度不够理想，离散程度较高，其受力机理仍需要进一步研究。[2]
杨开[3]对231个楼板和99个基础板的冲剪破坏试验数据进行统计和分析，发现我国规范计算公式仅考虑了混凝土强度的影响，没有考虑板纵筋配筋率和板纵筋屈服强度的影响，模型比较粗糙，导致数据比较离散。当板纵向钢筋配筋率较低（
）时，我国规范公式高估了冲切承载力（见图3），当板纵向钢筋屈服强度较高（
）时也高估了冲切承载力（见图4）。这表明有必要注意提高板纵筋配筋率，限制板纵向钢筋屈服强度。
图3 板纵筋配筋率的影响 图4 板纵筋屈服强度的影响
郝文超[4]采用三种结构设计方法对同一案例进行了计算对比，发现SLABCAD软件计算的结果与经验系数法求得的结果基本相似，但柱顶支承部位的最大弯矩相比经验系数法得到的结果偏大。同时，柱上板带跨中部位的弯矩与跨中板带差别不大。因此可仅在两柱上板带交接部位，即柱顶支承区域配置加强钢筋，而不必对柱上板带进行通长配筋。这样既可保证结构安全，又可减少钢筋的使用。
综上，目前对无梁楼盖结构设计的计算方法仍有不足之处。在结构设计时应考虑柱上重剪比的影响，适当提高板纵筋配筋率，限制纵筋屈服强度，在柱顶支承区域加强钢筋，以及采取一定的措施，增加冲剪钢筋、抗剪连接件等，以增强抗冲切能力，提高安全冗余度。
3无梁楼盖施工与优化
对国内外无梁楼盖坍塌事故进行分析可以发现，发生事故的主要原因还是施工导致的超载。例如2017年北京市石景山区无梁楼盖坍塌事故的原因是：施工回填覆土设计厚度为1.4m，但是实际施工中局部覆土厚度超过了2.5m。2018年中山市某项目地下室顶板无梁楼盖局部坍塌事故的原因是：地下室顶板回填土施工及PC板运输车同时作用，导致超载[5]。因此，在施工过程中如何保证结构安全是避免无梁楼盖塌陷事故的重点。
3.1施工中存在问题
施工现场环境复杂，施工人员和机械众多，也容易出现不当措施，产生不利影响。在无梁楼盖结构的具体施工中，容易出现的影响结构安全的问题如下：
（1）未仔细阅读施工图纸中对荷载的规定或未引起足够重视，在无梁楼盖上方堆载过重，以及局部堆载；
（2）施工中无梁楼盖需要局部区域承受较大荷载时，未编制安全专项措施（如在楼盖下设临时支承）或未严格按照专项措施实施；
（3）现场运输车辆未按规定交通流线行驶，或者在无梁楼盖上行驶载重较大的大卡车，产生较大的局部不均匀荷载；
（4）无梁楼盖上方覆土回填厚度超过标准，或者运土车反复碾压覆土区域造成覆土荷载超重；
（5）无梁楼盖混凝土浇筑质量不满足要求，或者混凝土强度未达到规定值即拆模承载。
3.2施工优化
针对施工过程中容易出现的问题，可以考虑以下优化措施：
（1）仔细阅读设计图纸对荷载的规定，避免局部大量超载；
（2）施工中需要局部区域承受较大荷载时，编制安全专项措施（如在楼盖下设临时支承）并严格按照专项措施实施；
（3）严格遵守图纸中的交通流线，运输车不可随意停放；
（4）慎用大卡车运土，尽量采用小卡车多次运输；
（5）覆土回填采用倒序回填，避免运土车反复碾压已经覆土的区域；
（6）无梁楼盖结构混凝土强度未达到规定值时，不可提前拆模.
4 结论与展望
无梁楼盖结构因其施工方便、空间利用率高、成本低等优点在地下室结构中广泛应用，但近年来频发的坍塌事故也暴露出其刚度小、延性差、冗余承载力低等缺点。因此，建筑行业各单位都应吸取教训，重视无梁楼盖结构体系的具体应用及其设计施工过程，避免此类事故再次发生。
首先，对于建设单位而言，应合理优化无梁楼盖结构，不宜过分追求成本控制而降低其冗余承载能力。并且安排合理的设计周期和施工周期，确保结构设计的安全性与施工过程的合理性，不宜因追求高周转而过分压缩工期。
其次，对于设计单位而言，应充分考虑现有结构设计方法的不足之处，加强对无梁楼盖承载力的复核，尤其注意冲切承载力验算，评估不平衡弯矩对节点的影响，预留适当的冗余度。设计时还应充分考虑景观、大型运输车辆、交通流线带来的局部不均匀荷载，并且在图纸中明确荷载限值。对施工单位交底时应注意强调无梁楼盖部分的注意事项，做好施工工况复核。
最后，对于施工单位而言，应严格遵循图纸中荷载限值和交通流线要求，覆土回填时避免产生超重和局部荷载，采取足够的安全措施。保证结构质量，不可偷工减料或使混凝土强度未达到规定值的结构提前承受荷载。
建筑行业已经过了粗放发展的阶段，未来将走向精细化与标准化，如何在优化过程中保证安全性是所有从业人员应注意把握的重点。其实两者也是相辅相成的，保证安全性是优化的前提，精细化的设计与施工也可以更准确地把控结构安全，无梁楼盖结构设计与施工的优化过程正是两者结合的代表。当然，目前的计算理论还存在不足之处，结构设计与施工的优化远未达到尽善尽美，对无梁楼盖的发展和研究仍具有广阔的前景。
参考文献：
[1]郄春苗.谈无梁楼盖在地下车库设计中的应用[J].工程技术（文摘版），2016（1）：00034-00034.
[2]易伟建，朱泽华，赵晋，et al.偏载下板柱结构中柱节点破坏试验研究[J].土木建筑与环境工程，2015（4）：1-11.
[3]杨开.钢筋混凝土板受冲切可靠度分析[D].湖南大学，2012.
[4]郝文超.某地下车库无梁楼盖结构设计分析[D].河北工程大学，2017.
[5]陈贵华.中山某楼盘无梁楼盖坍塌的原因及优化策略分析[J].住宅与房地产，2019（12）.
论文作者:王飞翔
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：楼盖论文; 荷载论文; 结构论文; 承载力论文; 结构设计论文; 事故论文; 弯矩论文; 《基层建设》2019年第21期论文;