楼盖结构中无梁结构体系的特点及设计要点

【摘要】无梁楼盖结构体系又称板柱结构体系，这是相对梁板结构体系而言的。随着我国经济水平的发展，无梁楼盖作为一种常见的楼盖形式已广泛应用于各类建筑中。随着我国经济水平的发展，无梁楼盖作为一种常见的楼盖形式已广泛应用于各类建筑中。本文阐述了无梁楼盖结构体系的计算方法和技术经济分析，希望能为以后无梁体系在工程中的应用提供一些参考。

【关键词】有梁体系；无梁体系；特点；应用范围

引言

无梁楼盖结构体系又称板柱结构体系，这是相对梁板结构体系而言的。在我国，无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术。较之传统的密肋梁结构体系它具有整体性好、建筑空间大，可有效地增加层高等优点。并且，采用无梁楼盖体系的建筑物的地震效应也要明显小于层高较大的梁板结构体系的建筑物。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、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，采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。

1.无梁结构体系相比于有梁结构体系的优点：

1.1对任一建筑物来讲，都要对选择的楼盖体系方案的各个因素进行综合考虑，这些因素包括：建筑空间的功能需求、结构形式决定的楼盖支撑条件、荷载的大小等。如果建筑物高度与层高某种因素受限制而无法得到满意的使用空间高度时，可以考虑选用无梁楼盖作为增加使用空间高度相当有效的方法之一，在城市规划限制房屋总高度的条件下能争取增加层数，可多得到建筑面积以取得更好的经济效益。因此无梁楼盖结构已被广泛应用在商场、写字楼、车库、地下室、多层厂房等各类建筑之中。

1.2无梁楼盖结构体系的优点：无梁楼盖结构的另外一个名称是板柱结构，主要应用于板柱结构和板柱-剪力墙结构中。与普通梁板结构体系相比，它的优点为：净空利用率高，造型美观，有利于通风、便于布置管线和施工，用于地下室等结构中在满足相同净空要求的前提下能有效减少建筑层高进而能够减少土方开挖量；在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、节约模板，楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点。

2.无梁楼盖设计的一般规定

2.1无梁楼盖的柱网一般布置成正方形或矩形，以正方形比较经济，通常跨度为6米左右；

2.2无梁楼盖的柱网在每一方向不得小于三跨，以保证结构有足够的侧向刚度；

2.3无梁楼盖的厚度由受弯和受冲切计算确定，且不应小于150，板的厚度与柱网区格长边计算跨度0的比值为：无柱帽时，h/0不小于30，有柱帽时，h/0不小于35；

2.4无梁楼盖的周边应设圈梁，圈梁高度不小于板厚度的2.5倍；

2.5无梁楼盖柱帽的设置及尺寸一般由建筑美观要求和板的抗冲切承载力控制。

3.无梁楼盖的设计计算：

3.1无梁楼盖的整体三维计算

无梁楼盖结构的整体计算可通过PKPM软件中的TAT软件或SATWE软件进行。当然，这两个软件对无梁楼盖在三维计算中的建模处理是不一样的：

在TAT软件中，对于无梁楼盖结构来说，由于没有梁和柱子相连，一般我们必须按照规范中的规定将板简化为双向等代框架梁进行计算。因此，在用PMCAD对无梁楼盖进行人机交互式建模时，首先应确定等代框架梁的宽、高，也即确定等代框架梁的刚度。一般来说，等代框架梁的刚度由板宽决定：我们通常取柱距的1 /2板宽为等代框架梁的宽、高。确定等代框架梁的刚度之后，再将等代框架梁作为普通的主梁输入。

在采用SATWE软件分析无梁楼盖结构时，由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的功能，可以采用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板的刚度和计算变形。尤其是在2 001年4月以后的版本中增加了一种能真实计算楼板平面内和平面外的刚度的楼板假定：弹性板6。因此我们就不用将楼板简化为双向等代框架梁体系了，而是直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算。当然，我们还必须在建模时进行一定的处理：在PMCAD人机交互式输入时，在以前需输入等代框架梁的位置上布置截面尺寸为100*100的矩形截面虚梁。

3.2楼盖的设计计算

无梁楼盖的整体分析计算完成后，我们可以利用SATWE软件中的“复杂楼板有限元计算”SLABCAD模块进行楼盖的分析计算。

首先点取“生成楼板有限元分析数据”菜单来生成有关的计算数据，并将相应的计算条件及计算参数进行定义。如果是预应力楼板的话还应将预应力参数选取。

当然，此时必须注意的是：由于有限元的计算原理所致，对于楼板的有限元划分长度不一样可能会对计算结果产生一定的影响。

同时我们还可补充输入无梁楼盖的其它数据，如楼板的洞口及柱帽等特殊构件。并可对楼板不同部位的板厚进修改。 同时，我们还可以在楼板上添加任意的荷载，包括在PMCAD建模时无法输入的板上的任意线荷载及点荷载。此外，我们还可以输入支座沉降及约束等补充数据。SLABCAD的补充数据输入完毕后我们就可以通过“有限元分析和计算”菜单对无梁楼盖进性设计计算了。对无梁楼盖的计算内容主要包括楼板的内力、位移、配筋计算及板的冲切验算等。计算完毕后再通过“分析结果图形显示”菜单查询其计算结果。

最后，必须指出的是：对于现代高层建筑中比较常见的厚板转换层的计算也可像无梁楼盖结构一样进行类似的处理计算。但是如果要在SATWE软件中计算厚板转换层时，在使用PMCAD进行人机交互式输入时必须注意：除了要像无梁楼盖结构一样要输入虚梁以外，层高的输入有所改变。应将厚板的板厚均分给与其相邻两层的层高。即取与厚板相邻的两层层高分别为其净空加上厚板的一半板厚：如第i 层有厚度为Bt的厚板，在PMCAD交互式输入中，则第i层的板厚输入值为Bt，层高为Hi+Bt/2，第i+1层的层高为Hi+1+Bt/2。

4.板柱节点的设计

要问无梁楼盖结构的设计重点，笔者以为当属板柱节点的设计。前已所述，无梁楼盖结构板柱节点的破坏属脆性的冲切破坏，且在水平荷载作用下，板柱节点部位会产生不平衡弯矩，不平衡弯矩在板柱间的往复作用，会大大消弱板柱节点的抗冲切承载能力。有关板柱节点的抗冲切验算现行混凝土结构设计规范【3】已作详细规定，在此不作论述，此处笔者仅根据设计经验及所搜集到的资料，对提高板柱节点抗冲切承载力的措施作以归纳，简述如下：

4.1结构布置时，尽量将无梁楼盖结构建筑设计成刚性方案，使水平荷载集中地由抗侧力结构承担，减小板柱节点部位由水平荷载产生的往复弯矩；

4.2结构布置时，应在无梁楼盖结构的周边设置边梁，利用边柱受扭卸去边柱、角柱板柱节点内由竖向荷载产生的一部分弯矩和剪力；纵横方向的柱网尺寸不应相差太大；每一方向的柱网不宜小于三跨；

4.3设置抗冲切钢筋提高板柱节点的抗冲切承载力，抗冲切钢筋有箍筋和吊筋；

4.4内埋钢结构抗剪键，提高板柱节点的抗冲切承载力，抗剪键可采用型钢制作，常用工字钢。构件的翼缘宽厚比和腹板高厚比应满足规范要求。

4.5当柱网尺寸较大时设置柱帽或托板；

5.结语

在具体工程中采用何种楼盖形式应综合具体建筑条件和场地条件以及施工条件等多方面考虑，才能充分发挥各种楼盖的优势，提高经济效益。

参考文献

[1]北京市建筑设计标准化办公室主编，防空地下室结构设计手册。中国建筑工业出版社，2008年12月第一版。

[2]中华人民共和国标准，混凝土结构设计规范（GB50010-2010），中国建筑工业出版社，2011年5月。