宁波市民用建筑设计研究院有限公司 浙江宁波 315010
摘要：近些年来，在地下车库的工程设计中，无梁楼盖结构体系的运用越来越广泛。本文总结了无梁楼盖的常用设计方法，介绍了PKPM分析模型的建立并探讨了分析过程中的若干问题，最后提出了的几点构造要求，希望能给设计人员提供参考。
关键词：无梁楼盖；设计方法；构造要求
引言
近些年来，在地下车库的工程设计中，无梁楼盖结构体系的运用越来越广泛。无梁楼盖结构体系用于地下车库顶板，具有在保证使用净高要求的前提下，能有效增加房屋净高的优点；而且减小地下车库层高，可以减少基坑开挖深度，自然可降低深基坑围护造价和减少土方开挖量，因而可大大降低综合造价，具有较好的经济性。地下室层高减小后，侧壁配筋量可减小，而且底板水浮力减小，底板配筋量也可减小。无梁楼盖结构体系用于地下车库底板，具有板厚比较厚，楼盖比较重，有利于提高结构抗浮能力的优点。在施工方面，采用无梁楼盖结构形式有省砖模、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。因此，目前有较多的工程设计单位采用无梁楼盖结构体系来设计地下车库。
本文针对地下车库无梁楼盖设计过程中遇到的一些问题进行分析和探讨，希望能给设计人员提供参考。
1.无梁楼盖设计方法
计算无梁楼盖的方法主要包括经验系数法、等代框架法和有限元法。
1.1经验系数法
经验系数法是按特定比例将截面弯矩进行分配的一种计算规则。用这一方法计算时，必须符合下列限制条件：
1）每个方向至少有三个连续跨。对于少于三个连续跨的结构，会引起负弯矩在支座处过大，与本方法违背；
2）每个板格的长边与短边之比不大于1.5；
3）每个方向上，跨中线到跨中线的距离之差要小于长跨的1/3；
4）对于偏置柱，在偏置方向上的偏置距离，不能大于相邻柱中线之间距离的1/10；
5）外部恒荷载为在整个楼板上均匀布置的重力荷载，活荷载要小于恒荷载的3倍。这是因为，经验系数法的推导，就是基于静力荷载的试验和静力学的理论。另外，不考虑框架的侧移，不考虑水平荷载。
结构总弯矩的计算公式为：
竖向荷载与水平地震作用下等代框架可按《钢筋混凝土升板结构技术规范》GBJ 130-90方法计算。该方法要计算刚域长度与杆长之比、计算杆件线刚度修正系数及修正后的杆件线刚度。地下车库无梁楼盖结构，各参数比值往往超出上述规范附录十的数值范围，而需进行近似外插，一定程度影响计算精度。地下车库无梁楼盖结构如果将车库混凝土内墙、外墙一并考虑，则地震作用分析十分复杂。
1.3 有限元法
基于板、壳单元的有限元法将楼板划分成一定数量的板、壳单元，并以各单元之间的变形协调为前提，可以比较准确地计算无梁楼盖结构内力，属于通用的设计方法，对结构布置限制较少，与结构实际受力情况最为相符。
近年来，随着计算软件的发展，常用结构设计软件（SLABCAD、YJK、SAFE等）对于无梁楼盖的计算已经能较好地满足设计要求。
2.无梁楼盖设计PKPM模型建立与SLABCAD软件应用的若干问题
2.1计算模型的建立
1）在PMCAD输入时，首先在柱中心线上布置100mmx100mm的虚梁，同时生成楼板信息。布置虚梁的目的是辅助楼板单元划分和读取楼板的外边界信息，虚梁不参与分析计算。此外，对于与板厚相同的等代梁，在进行有限元分析时程序也将不计算刚度，而对于其它的普通梁，程序则考虑其刚度。模型只在柱与柱、墙与墙、墙与柱之间布置虚梁，其余有砖墙或其他荷载的位置在SLABCAD前处理中以板上荷载输入，虚梁的布置应尽量使所形成的板块形状规则（几何边数不宜超过5边），同一节点不宜太多根梁拉结。
2）SLABCAD前处理包括补充建模信息，输入荷载、约束、位移信息，布置预应力筋，单元划分及生成数据。
“参数输入”中的单元划分控制长度Dmax的取值与计算精度密切相关，有时还影响到房间是否能被划分，取较小的Dmax可得到较高的计算精度，但相应的计算量会增加。同时若Dmax取值过小，会因应力集中而导致楼板支点处的负弯矩过大、失真。Dmax应根据工程规模、柱网间距、柱帽大小而定，对于一般工程而言，可取Dmax＝600—1500mm，程序默认取Dmax=1000。
模型中有砼柱的地方才能输入柱帽，对于有人防剪力墙的结构，通常的处理方法是：板跨比较小，则不输入柱帽，以无柱帽无梁楼盖计算；板跨较大，可以在剪力墙中输入柱来输入柱帽。
“生成数据”中的“布筋方向”往往容易被忽略，“布筋方向”的作用有两个：一是在单元划分的单元形状优化过程中，考虑布筋方向约束条件，使尽可能多的单元边界平行（或垂直）于布筋方向，以利于预应力等效荷载的导算；二是在配筋计算时按平行（或垂直）于布筋方向计算板的配筋。实际配筋方向最好能和模型的“布筋方向”一致，否则，实际配筋需根据配筋计算结果按模型“布筋方向”与实际配筋方向的角度进行换算。
3）SLABCAD有限元分析计算
SLABCAD分析计算模块的主要功能是板的位移、内力分析和配筋计算。计算参数中的板顶设计弯矩调整系数，可在一定程度上考虑板负弯矩区因形成塑性铰线而导致的内力重分布，作用类似于梁端负弯矩的调幅系数。注意此参数只对负弯矩作了调整，没有相应地调整正弯矩。因此在调整了负弯矩时，要相应地给出板底设计弯矩放大系数。
2.2输出结果分析
1）通过“绘等值线”来初步判断计算结果的合理性：显示板面支座配配筋时，等值线应在柱间板带处比较集中；
显示板底筋时，等值线应在跨中集中；
同边界条件和受荷情况下，跨度大的比跨度小的配筋要大，跨度差不多的配筋应相近；
同跨度和受荷情况下，边跨配筋应比内跨配筋要大；
同跨度和边界条件下，荷载大的配筋应比荷载小的配筋要大。
2）通过“标注极值”查看每个房间内板的挠度或内力的最大、最小值，了解最大扰度是否超限，钢筋是否配得下。
3）通过“标注点值”查看每个房间内的各个节点的挠度、内力值、配筋，进一步判断计算结果的合理性，是否存在应力集中，板厚是否经济合理（一般以板面柱间板带处及板底跨中处的配筋值大部分接近板的构造配筋值，小部份超出构造配筋为合理）。
2.3板带交互设计及验算的若干问题
1）柱上板带支座计算配筋位置
有限元法计算结果中柱上板带的支座弯矩很大，远大于其他截面位置的弯矩，这是因为有限元法在柱上板带的支座处产生了应力集中，但是峰值应力存在的范围很小，衰减较快，具体工程设计时要进行判断，人为地进行应力钝化。在SLABCAD软件中，提供了一个选项“计算配筋位置”来解决这个问题，通过这个选项可以设置计算配筋位置在柱子的边缘，还是在柱帽的边缘。计算配筋位置取到柱帽边缘时，其配筋计算是不安全的，因此建议计算配筋位置取到柱边。
2）冲切验算
当板跨度较大时，处理好冲切问题是关键。在SLABCAD软件中可以查看各个柱帽的冲切验算结果。冲切比大于1的为冲切不满足。
3）板裂缝控制
板跨度较大时，柱周的板顶裂缝可能会较大，应重点复核。在SLABCAD软件中可以查看各板带各截面的裂缝宽度。软件中裂缝计算是根据《混凝土结构设计规范GB50010-2011》第7.1.2条规定，按荷载效应的标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度。地下室顶板的裂缝宽度不大于0.25mm，地下室底板的裂缝宽度不大于0.3mm。
3.地下车库无梁楼盖构造要求
1）地下室建筑的顶板、底板和楼板，对有抗震要求的无梁楼盖应在柱上板带中设构造暗梁，并满足一定的尺寸及配筋要求，对于非抗震的纯地下车库而言，可以不设置暗梁，以方便施工。
2）无梁楼盖的周边一般为地下室外墙，无外墙时须设置结构边梁；端跨边支座宜设置半柱帽，以减少计算跨度。
3）地下车库采用无梁楼盖的结构形式，一般8.1米左右的柱网，建筑层高约3.4米，地下室人防区与非人防区之间临战封堵做法如图2；柱帽做法如图3。
由上图可见无法满足净高要求，故一般常用做法此处取消柱帽设梁，或将柱帽上翻如图4：
同理柱帽在防火卷帘门范围不仅要满足门洞净高要求，还需考虑平时卷帘门上卷时卷帘盒的高度。
4.结语
本文着重介绍了无梁楼盖的三种设计方法及特点，建模时参数的合理选取，输出结果分析，以及构造上注意点，希望对设计人员有所帮助。
参考文献：
[1]朱炳寅.无梁楼盖结构计算方法的探讨[J].建筑结构，1999，8.
[2]GBJ 130-90，钢筋混凝土升板结构技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1991.
[3]于振洲，金光豪.地下室车库无梁楼盖结构设计技术措施[M].北京：中国建筑工业出版社，2012，2.
[4]中国有色工程设计研究院总院.混凝土结构构造手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.
论文作者:唐剑秋,刘辉
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/17
标签：楼盖论文; 弯矩论文; 荷载论文; 结构论文; 地下车库论文; 楼板论文; 跨度论文; 《基层建设》2017年第18期论文;