地下室无梁楼盖结构设计要点探究

摘 要：无梁楼盖是把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系，使同高的楼层扩大净空，节省建材，提高施工进度，而且质地更密，抗压性更高，抗振动冲击更强，结构更合理。特别是这种“无梁楼盖”使楼层空间布置摆脱梁的制约，变得可以随心所欲。文章结合笔者的工程实践经验，主要针对地下室采用普通梁板式结构与无梁楼盖结构设计中方案比较、无梁楼盖的计算方法、构造措施等方面的相关要点进行了探讨与研究。

关键词：无梁楼盖优化设计受力分析构造措施

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

高州某大型住宅小区，两层大地下室作为停车库，占地面积约为62500m2，负一层层高为3.9米；负二层层高为3.8米，顶板覆土约为1.2米。地下室为框架结构，柱距较均匀，主要柱距为8.1mx8.1m。

2、结构方案优化设计

初步设计的结构方案为：负一层平面及地下室顶板均采用井字梁式的梁板式结构。负一层的井字梁截面为200x600，框架梁截面为350x800,；地下室顶板的十字梁截面为250X700，框架梁截面为400x900。如图一所示。

施工图设计阶段，考虑节省地下室的投资成本及提高地下室内的空间感，两层地下室均采用无梁楼盖结构布置。负一层板厚为250mm，柱帽平面尺寸为2.7mx2.7m，高度为600mm；地下室顶板厚为300mm，柱帽平面尺寸为3.6mx3.6m,高度为800mm。如图二所示。柱帽均为锥形柱帽，故柱帽高度不作为控制地下室层高的因素。

图一图二

楼盖结构优化后，地下室层高调整为负一层3.7m，负二层3.6m，地下室的土方开挖深度可以减少400mm，地下室的占地面积为62500m2地下室结构优化后，可以减少400 mm的挖方深度，约2.5万m3的土方开挖量，同时还可以减少底板4kN/m2的水浮力，相应地减少抗拔锚杆的数量或深度，有效地降低了整个地下室的造价。

3、地下室无梁楼盖结构体系受力特点及计算方法

3.1 结构受力特点

对于支承在方形柱网上的地下室无梁楼板，其受力特征表现为板的整体抗弯将在两个正交方向同时出现。可假设从一方形开间单向板取消2根刚度很大的梁，仅由4根柱子来支承楼板，故板自身必须发挥被取消的梁的作用。因此，地下室无梁楼盖的计算可以理解为：首先所有荷载在一个方向以单向板的形式传递给支承梁，，然后在另一正交方向再相同地传递全部荷载，以代替已被取消的两根梁的作用。从概念设计上这样理解板柱体系的整体分析是可行的，如图三所示。

图三地下室无梁楼板受力示意图

但在风荷载和地震作用下，地下室无梁楼体系的受力则要复杂得多，因而该结构体系一般应用于非抗震设计的多层建筑、非抗震设计的高层建筑以及抗震设防烈度8度以下的建筑应采用板柱一抗震墙结构，在地震区该抗震墙宜承担全部地震作用，各层板柱和框架部分的截面承载力除满足荷载效应基本组合要求外，尚应能承担不少于各层全部地震作用的20%，即板柱体系抗震性能较差，主要用于承受竖向荷载。

3.2常用计算方法

（1）等代框架法

等代框架法，即将整个地下室无梁楼盖结构分为沿纵横柱列方向划分为纵、横两个方向的等代框架。等代框架的梁的宽度为竖向荷载作用时，取板跨中心线之间的距离；为水平荷载作用时，则取板跨中心线之间距离的一半较为适宜。等代框架梁的高度取板的厚度。等代框架梁的跨度，取等于lx-2C/3，或ly-2C/3，c为柱帽宽度。等代框架的计算高度为：对于楼层，取层高减去柱帽的高度；对于底层，取基础顶面至该层楼板底面的高度减去柱帽的高度。当仅有竖向荷载时，等代框架可近似的按分层法计算：所计算楼板均看作上层柱的固定远端。这就将一个等代的多层框架的计算变为简单的二层或一层(对顶层)框架的计算。计算中应考虑活荷载的不利组合。最后得出的等代框架梁弯矩值，按下表中的系数分配给柱上板带和跨中板带。

等代框架法的适用范围为任一区格的长跨与短跨之比不大于2；可用于经验系数法受到限制处，如双跨结构、不等跨结构、活荷载过大的结构、不同的竖向荷载和水平荷载等。

（2）经验系数法

经验系数法是地下室无梁楼盖计算中最方便的方法，因而被广泛采用经验系数法是在试验研究与实践经验的基础上提出来的，计算时只要算出总弯矩，再乘上弯矩分配系数，即得各截面的弯矩。但此法适用于比较规则的等代框架且必须符合下列条件。

1）每个方向至少有三个连续跨；

2）同一方向上的最大跨度与最小跨度之比应不大于 1.2且两端跨不大于相邻的内跨；

3）任一区格的长边与短边之比应不大于 1.5；

4）活荷载与静荷载之比应不大于3。

经验系数法的计算荷载，按全部均布荷载计算，不考虑活荷载的不利组合。计算一个区格的跨中弯矩与支座弯矩的总和，对 x 方向的总弯矩为：

对 y 方向的总弯矩为：

式中 c ——柱帽宽度；q——均布荷载 板柱节点处上、下柱柱端弯矩之和可近似取以下数值。

中柱 0.25Max或 0.25May

边柱 0.40Max或 0.40May

上、下柱的弯矩，可按线刚度进行分配。如楼盖外边缘有悬臂伸出，则边柱节点弯矩可扣除由悬臂荷载引起的弯矩后再分配。

3.3 截面设计

对地下室竖向荷载作用下有柱帽的板，考虑到板的穹顶作用，除边跨跨中及边支座外，其他截面的计算弯矩，均乘以 0.8 的折减系数板的有效高度，同一区格在两个方向的同号弯矩作用下，应分别采用不同的有效高度。当为正方形区格时，可取两个方向有效高度的平均值。

4 、构造措施

4.1抗冲切箍筋配置

按地下室计算所需的箍筋及相应的架立钢筋截面面积应配置在与45度冲切破坏锥体面相交的范围内，且从集中荷载集中面或柱截面边缘向外的分布长度不应小于1.5h0；箍筋应做成封闭式，箍筋直径不应小于 6mm，也不宜大于12mm，其间距不应大于2h0/3。

4.2楼板配筋形式

地下室楼板配筋一般采用双向配筋。支座上承受负弯矩的钢筋，宜采用不小于直径为12mm的钢筋。考虑抗震的无梁楼板板。顶面应配置抗震钢筋，其配筋率应大于0.25P（P为支座处负钢筋的配筋率）。

4.3圈梁配筋形式

当地下室无梁楼板不伸出外柱外侧时，在板的周边应设置圈梁，圈梁截面高度不应小于板厚的 2.5倍。圈梁按计算配筋，抗扭箍筋不应小于6@200，且做成封闭式，搭接长度不小于锚固长度，抗扭纵筋不宜小于 412，圈梁下部纵向钢筋的两端伸到柱外边，上部纵向钢筋须通长布置，且搭接点宜在跨中。

4.4板柱结构抗震设计要求

房屋的周边和楼梯、电梯洞口周边应采用有梁框架；抗震烈度8 度时宜采用有托板或柱帽的板柱节点，托板或柱帽根部的厚度（包括板厚）不宜小于柱纵筋直径的16倍。托板或柱帽根的边长不宜小于4倍板厚及柱截面相应边长之和；房屋的屋盖和地下一层顶板，宜采用梁板结构等。

5 结束语

无梁楼盖结构因不设置梁，板面荷载直接由板传至柱，具有结构简单、传力路径简捷，净空利用率高，造型美观，有利于通风、便于布置管线和施工等优点。从结构性能方面看，无梁楼盖的延性较差，板在柱帽或柱顶处的破坏属于脆性冲切破坏。

结合以往的工程经验，地下室各层楼板的结构布置（主要是梁高）对整个地下室的成本影响较大。文章的工程案例主要是运用了无梁楼盖的合理设置，有效的压缩了层高，以达到较好的综合经济效益，也大大改善了地下室的空间感受。

参考文献

[1] ]GB50010—2010 混凝土结构设计规范[S]

[2]方鄂华等编著．高层建筑结构概念设计[M].北京：中国计划出版社.2005

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。