地下室无梁楼盖的设计方法分析

地下室无梁楼盖的设计方法分析

劳健荣

开平市腾达建筑设计有限公司广东开平529300

摘要：随着国民经济水平不断提高，现代住宅小区的建筑规模越来越大,居民用车数量也呈几何级增长，由此导致地下车库规模不断扩大。所以，地下室构建采用经济、合理的结构构型与计算方法尤为重要。与普通梁板体系相比，无梁楼盖由于经济效益高、施工方便,已广泛应用于地下室底板结构设计中。由于在结构设计分析时，地下室底板无梁楼盖的算法会受地下室底板反向受力及水浮力和底板厚度、基础型式甚至柱帽大小等相关因素影响。故不能一律采用普通无梁楼盖正向楼板的算法进行计算分析。本文将分别从荷载确定及底板厚度确定和内力及配筋计算三方面，就地下室无梁楼盖设计方法进行研究。

关键词：地下室；无梁楼盖；设计方法

近年来，在各类地下室建设中，无梁楼盖设计方法的应用已经非常普遍。由于这种类型的结构体系传力路径短、结构体系简单、施工方便快捷，尤其是与传统的梁板结构相比，无梁楼盖结构施工模板相对简单。实践研究表明，地下室无梁楼盖具有明显不同于有梁楼盖结构的特征，其可适用于6级(6B级)人防区和非人防区[1]。接下来本文将分别从确定结构荷载、底板厚度确定及计算内力及配筋方面，就地下室无梁楼盖的设计方法展开论述。

1.地下室无梁楼盖设计中荷载的确定

1.1进一步明确地下水的水头高度

通常而言，取建筑物设计使用年限，包括施工内可能形成的最高水位作为地下水的设防水位。若在建筑工程的岩土工程地质勘查报告中没有对地下水的最高水位进行详细说明，此时可取建筑物的室外地坪高度作为地下水的设防水位。但需要注意的是，这一地下设防水位需要在工程勘察要求中提及，主要由勘察单位提出在设计使用年限内（包括施工期）内该建筑物的设计水位。

1.2地下室底板的人防等效静荷载判断

地下室底板的人防等效荷载，采用桩基础的建筑物，核5级和核6级时分别为50kN/m2（饱和土）、25kN/m2（非饱和土）和25kN/m2（饱和土）和12kN/m2（非饱和土）。在设计底板时，需要科学判断底板配筋是由平时水平荷载控制还是由人防组合荷载控制。具体判断方法为：底板配筋是由平时水平荷载控制时，水平控制荷载大致为[1.35×10×h（水头)-t（底板厚)×25]×1.15（裂缝调整系数）；而底板配筋是由人防组合荷载控制时，人防控制荷载大致为[1.2×（10×h（水头)-t（底板厚)×25+qRF(人防等效静载)]/1.35。由于本建筑工程底板配筋是由平时水平荷载控制。所以，其水平控制荷载为[1.35×10×h-t×25]×1.15。

2.地下室无梁楼盖设计中底板厚度的确定

2.1对地下室底板的冲切承载力进行确定

地下室底板的冲切承载力主要是指地下室底板在水压与人防组合荷载作用下或者在水压作用下，其具备的抵抗冲击破坏的性能。底板的冲切承载力主要由具有独立基础的承台进行冲切控制，一般冲切椎体从承台（基础）与底板底的交接处沿墙柱方向45°线交于底板面。具体图示如下所示：

（1）柱尺寸较小时沿45°方向

（2）柱尺寸较大时沿承台边到柱边

附图1：柱帽对底板的冲切椎体示意图

如下公式为地下室底板的冲切承载力验算公式：

Fl≤0.7ftumh0×系数

当有人防时，地下室底板的冲切承载力验算公式为：

Fl≤0.65ftRFumh0×系数

其中人防时的ftRF=1.2f，此时地下室底板的有效高度可取h0=h-80；um=承台（基础）周长-4h。

若地下室底板冲切不满，在优先考虑提高地下室底板厚度的同时，可对地下室承台的基础尺寸进行适当调整，此时可获得较优的设计指标。

2.2对地下室底板的抗渗性能进行确定

在传统的建筑设计中，一般按照混凝土的厚度及水头，对混凝土的相应抗渗性能进行确定。但是，在新的建筑防水设计规程中，取消了混凝土厚度、水头与混凝土相应抗渗等级间的关系，而在高规表12.1.10中依然对混凝土厚度与基础防水混凝土抗渗等级间的关系予以保留。所以，在对地下室底板的抗渗能力进行设计时，虽然不必完全按照高规表12.1.10中的要求进行设计，但是其依然可以作为衡量地下室底板抗渗能力的有益指标，对地下室底板的实际厚度进行科学确定。

3.地下室无梁楼盖设计中内力及配筋计算分析

一般在地下室无梁楼盖设计中的配筋计算，采用等代框架简化法进行计算而并非采用经验系数法进行计算，这种方法的主要计算优点是可以就大小跨对内力的影响进行分析，同时在计算过程中，这种方法不受各跨跨度的影响，无论在任何结构部位，都可单独抽取单跨结构进行计算和验算分析。具体计算方法如下：

首先，基于连续梁模型，对等代框架每米宽度的弯矩均值进行科学计算，计算公式为：

M=αql02，

上式中，边跨跨中的弯曲系数为0.08；边跨内支座的弯曲系数为0.11；中间跨跨中的弯曲系数为0.05；中间跨支座的弯曲系数为0.08.。

（1）结合柱上板带适当将其内力调大，如下图1所示[2]：

按照无梁楼盖中弯矩在柱上板带与跨中板带的分配规律可以考虑穹顶效应对无梁楼盖的影响，此时可得知柱上板带各单位宽度的具体计算公式：

其中，边跨支座处柱上板带单位宽度的简化计算公式为：

M'=0.11ql02×1.5

式中，柱上板带内力增大系数为1.5，此时边跨无需考虑穹顶效应；

边跨跨中部位柱上板带单位宽度的简化计算公式为：

M=0.08ql02×1.1

式中，柱上板带的内力增大系数为1.1，此时边跨无需考虑穹顶效应；

中间跨支座处柱上板带单位宽度的简化计算公式为：

M'=0.08ql02×1.5×0.8

式中，柱上板带的内力增大系数为1.5，在充分考虑穹顶效应后的折减系数为0.8；

中间跨跨中处柱上板带单位宽度的简化计算公式为：

M=0.08ql02×1.1×0.8

式中，柱上板带的内力增大系数和充分考虑穹顶效应的折减系数分别为1.1和0.8.

其次，确定计算跨度。当建筑基础为多承台时，跨度确定的计算公式为：

l0=min（l,l-2/3（c1+c2))

式中，桩边间距和柱中距分别为IZ和I；柱边至承台的实际距离为c1、c2。

当基础为单排桩承台及单桩承台甚至为独立基础时，均需对柱边截面进行验算，此时承台高度为截面高度，所以长短跨的调整可以遵循以下三点原则：

（1）若某跨在相邻跨的0.2倍以下，此时可视为一个较近支座；

（2）若两个相邻跨之间的实际跨度相差保持在20%之内，此时可视为等跨；

（3）0.2＜若某跨与相邻跨之间的跨度比＜0.8，对邻跨的影响弯矩增大者、减小者以及重复着分别乘以1.1、乘以0.9以及乘以1.33。

此外，进行配筋计算以及裂缝验算分析。通过上述计算得到的相关弯矩值，可对柱上板带各个界面的配筋进行设计分析，同时可以结合强度计算得到的配筋结果进行裂缝验算分析。一般而言，背水面和迎水面的裂缝限值分别为0.3mm和0.2mm。由于在支座部位弯矩较大。因此，在局部较大跨度的跨中处以及较大弯矩的支座和边跨处加设钢筋时，此时地下室底板可获取较优的经济效益。为了提升地下室底板的钢筋抗裂性能，一般在对地下室无梁楼盖进行设计时，拉通筋的间距可取150，此时能够大大提升地下室底板的抗裂性能。当对竖向作用荷载下的强度进行验算时，可基于水压荷载与竖向荷载之间的比例关系科学判断相关部位是否应该增设另加筋。

4.案例分析

4.1工程案例简介

某工程主要由8幢高层商业住宅楼和单层地下室组成。其中，地上面积和地下面积分别为72000㎡和17980㎡。该工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速值为0.05g。单层地下室柱网分别为8.1m×6.2m和8.1m×5.5m，层高4.0m，顶板覆土1.0米，建筑物主楼范围以外的地下室顶板均采用无梁楼盖结构设计方式进行科学设计。地下室顶板厚度及柱截面分别为350和600×600，采用矩形柱帽设计，高度为400，尺寸为2500×2000；单层地下室梁、柱、板均采用HＲB400级钢筋和C30混凝土设计，地下室无梁楼盖采用有限元分析法进行计算、分析。

4.2地下室无梁楼盖设计分析

（1）基于PMCAD模型确定地下室无梁楼盖设计荷载

在采用SLABCAD有限元分析法对地下室无梁楼盖设计荷载进行确定时，首先需在建模时输入地下室无梁楼盖的虚梁或等代梁参数。在软件程序运算过程中会将截面尺寸为100×100的矩形砼梁视为虚梁，其在数据处理过程中会自动对楼板以外的边界信息进行读取。与此同时，软件模型会对地下室辅助楼板单元进行自动划分。因地下室虚梁无刚度，因此其不参与SLABCAD软件的计算与分析。此外，对于板厚相同的等代梁，程序在进行SLABCAD有限元分析时，会自动将所有虚梁删除。

（2）确定地下室无梁楼盖设计中底板的实际厚度

通常情况下，地下室无梁楼盖设计中底板的实际厚度设计和验算主要采用以下两种方法进行：一种是通过设置自动划分的宽度取值比例进行自动划分；另外一种方法是按照PMCAD程序中输入的等代梁位置和实际宽度信息对柱上板带进行科学划分。竖向内力分析需结合SATWE计算的水平内力参数及SLABCAD有限元分析结果进行，同时按照程序指定运行方式划分板带并对板带边界进行调整。此外，还需对板带宽度进行修改。在此过程中，由于程序无法结合修改的柱上板带对跨中板带进行调整。因此，需同时对跨中板带和柱上板带进行调整。而柱上板带、跨中板带Y向和跨中板带X向均可在板带位置和板带方向查看。

（3）地下室无梁楼盖设计中内力及配筋计算分析

地下室无梁楼盖设计中内力及配筋计算，包含了壳单元和板弯曲单元。对于一般的建筑工程而言，系统程序只需对板弯曲单元进行分析即可。另外，在程序“楼板修改”中的洞口输入单元模块，PMCAD无法对异行房间的洞口进行输入。此外，柱帽形式分为无顶板、折线顶板和矩形顶板柱帽1、矩形柱帽2，本地下室无梁楼盖主要采用矩形顶板柱帽1进行设计。板的内力分析及位移和配筋等都需通过SLABCAD计算分析模块进行。因此，在对板顶设计弯矩系数的相关参数设置进行调整时，应充分考虑负弯矩区因形成塑性线产生的内力重力分布，此时板正弯矩可通过板底设计弯曲放大系数进行适当调整。

结束语

综上所言，在对地下室无梁楼盖进行设计时，无梁楼盖能够将之前集中受力的梁改为无数分散空间受力的工字构造系统，从而使楼层的净空增大，这种设计方法不但能够节约材料，而且可以大大提升相关结构的抗压性以及抗振动冲击性。实践表明，地下室设计时采用无梁楼盖体系结构，可减少控制工程的实际埋深，减少基坑的挖掘工作量,增加地下室的可利用面积。正是由于无梁楼盖体系具有诸多设计优势，因此其目前已经广泛应用于地下室设计项目中。

参考文献

[1]王世坤.浅谈地下室无梁楼盖结构设计分析[J].江西建材,2015,14（09）:34+36.

[2]周景润.地下室无梁楼盖的设计方法探讨[J].山东工业技术,2015，18（24）:86.

[3]于振洲.金光豪.地下车库无梁楼盖结构设计技术措施[M].中国建筑工业出版社.2016.8