地下车库中无梁楼盖结构设计中若干问题的探讨

陈向东

(中联环建文建筑设计有限公司，北京100098)

无梁楼盖广泛应用于工程建设中，特别是地下车库，由于其施工简便，能有效增加楼层净高，减少开挖深度而受到业主的欢迎，下面笔者以近年来对此类结构进行设计的经验，对设计中要遇到的一些结构问题进行探讨。

1 无梁楼盖各结构构件尺寸的经验取法

1.1 无梁板厚的取值

无梁板厚的确定可以参考文献1[1]。以非预应力的有托板楼板为例，文献1推荐的板厚为不宜小于长跨跨度的1/35，若柱距为8 m，即板厚不宜小于250 mm。需要指出的是，对于一般的室内停车、办公、餐饮等功能的房间，这个厚度是合理的，但若是板上有覆土、消防车荷载或其它较重的荷载时，则板厚应适当加大，比如笔者在某项目中8.1 m的柱距，2 m的覆土，取板厚为400 mm，板太薄则冲切计算及板配筋计算都会有问题。

1.2 柱帽的取值

柱帽的尺寸是与顶板厚匹配的，是根据柱对顶板的冲切、顶板配筋、设备专业管线综合等各方面条件而综合确定的。一般有如下几种形状可选择:1)锥形2)矩形3)上述两种形状的组合，一般变阶不超过2次。

柱帽的作用有两个:一是减小板的计算跨度，降低板配筋;二是保证柱对顶板的冲切。

笔者推荐使用矩形柱帽，主要原因有两个:1)施工方便;2)常用的Slabcad进行配筋计算时无法考虑锥形部分的高度。所以优先选择矩形，若冲切不满足时，可在柱根处局部锥形变阶。

1.3 柱尺寸的取值

对于非抗震结构中的柱，主要以满足轴压比为主，对于抗震结构中的柱，则还要满足抗震的需要。对于大面积地下车库而言，与主楼相接的2～3跨外的柱一般可按非抗震考虑，柱配筋一般均为构造配筋，所以柱的成本增长主要考虑柱的混凝土用量及标号的关系，以及柱本身占的建筑面积对建筑可用面积的影响。如果项目对柱间净距要求比较高时，可适当提高柱的混凝土强度等级以减小柱截面。

经成本核算，柱的截面尺寸对造价的影响大于强度等级的影响，所以轴压力满足规范要求的前提下，柱截面最小是较经济的选择。

下面是经方案比选给出的8m×8m柱网经济组合的建议:

表1 无消防车荷载时8 m×8 m柱网经济组合建议

见表2

表2 有消防车荷载时8 m×8 m柱网经济组合建议

1.4 墙厚的取值

地下车库的墙主要包括地下外墙、人防墙、风井外墙、楼梯外墙等。墙厚除要满足外墙挡土、人防等要求外，一般还要考虑与顶板厚度的匹配，比如板厚取200 mm，则墙厚以取250～300 mm为宜;板厚取400 mm，则墙厚以取300～400 mm为宜。一方面是保证墙能对顶板有一定的约束，一方面是便于无梁楼板钢筋的锚固。因为通常希望板的钢筋在墙内能有0.4 La(LaE)的水平长度，以板混凝土C30，非抗震设计为例，核算公式如下:

B墙－30≥0.4La=0.4x35d

计算结果统计如表3:

表3 非抗震时的水平板筋锚固要求

所以，墙厚的尺寸是与板钢筋的直径相关的，由于柱上板带在柱帽处的附加钢筋通常较大，直径一般在20 mm以上，所以笔者推荐墙厚尽量在300 mm以上。

2 无梁楼盖结构的计算要点

地下车库无梁楼盖的计算主要包括如下若干方面。

1)墙、柱等竖向构件;

2)局部框架梁、封边梁、次梁的计算;

3)柱帽处计算，也即柱对顶板的冲切计算;

4)顶板的配筋计算。

其中前两者是通过整体计算得到结果，后两者是通过对无梁顶板的计算得到结果。

3 整体计算的方法

无梁楼盖结构的整体计算是在Setwe中进行整体分析的。首先在Pmcad中建立整体模型，以虚梁或等代框架梁连接柱网，布上楼板、荷载等，再进入Setwe进行整体计算，得到墙柱的结果。竖向构件除考虑地震等水平作用或活荷载不均匀布置等情况会有计算配筋外，其它情况一般均为构造配筋。

这里需要注意几个问题:

1)无梁楼板应设为弹性板6。由于Pkpm默认楼板为弹性膜(只能真实计算楼板的平面内刚度)，当设为弹性板6(真实计算楼板的平面内和平面外刚度)，才可以考虑楼板对墙柱的刚度。

2)采用虚梁时，宜加密梁格，比如8 m的柱网，划分为3～4个格，这样可以使无梁楼板的刚度对柱的约束更真实。

3)采用等代框架梁时，由于Pkpm不能扣除梁板重叠部分的梁自重，宜人工扣除。这里有两种方法。一是在输面荷载时，人为少输一些;二是在梁上输一个向上的线荷载，把梁自重抵消掉。另外，由于Pmcad输不了柱帽，若想考虑这部分荷载，可以在柱上加一个点荷载，也可以面载加大一点来简化处理。

4 无梁楼板的计算

对无梁楼板的计算，有许多种方法，具体可参见文献1[1]中的详细描述。

下面归纳如下:

1)经验系数法

人工计算出各截面的弯矩，再按一定系数分配到柱上板带和跨中板带，再得出配筋结果。这种方法需要大量的人工计算，且仅适合于规则的柱网。

2)等代框架法

将板简化成一定宽度、厚度同板厚的框架梁，得到该等代框架梁的弯矩后，按一定系数分配到柱上板带和跨中板带，再得出配筋结果。这种方法同样需要大量的人工计算，且仅适合于规则的柱网。

3)理正工具箱计算法

原理同法2)，只不过用小程序来实现计算，能直接得到柱上板带和跨中板带的验算结果。同样也只适用于规则的柱网。

4)Slabcad有限元计算法

Slabcad是接力Pmcad和Setwe进行无梁楼板设计的程序，可以把竖向荷载和从Setwe读来的水平荷载进行组合，然后进行有限元设计，并且可以方便地得到柱上板带和跨中板带的计算结果。适用于各种复杂的情况。

5)Etabs、sap2000 计算法

类似于Slabcad，也是有限元计算，得到内力和配筋的计算云图。只是输出板带的配筋数据不太方便。作为国际权威计算软件，同样适用于各种复杂情况。

笔者推荐用Slabcad进行计算，这主要是现在地下车库有时候柱网不是完全规则，外墙轮廓有时也比较复杂，有时还要开比较大的风井和楼梯间，剪力墙筒的布置也比较灵活。Slabcad能够直接给出板带的配筋和柱的冲切计算结果，满足设计的要求。另外，可以在规则的柱网处取几个有代表性的截面进行理正核算。经比较，这几种方法的计算结果基本是吻合的。

5 一些有争议问题的探讨

5.1 地下室外墙沿线可不设柱、柱帽及柱上板带

笔者认为沿地下外墙为板的剪切控制，可以不设柱帽。如果边跨较小，可以不设边柱及柱帽，如果边跨的跨度接近标准柱网，可设边柱及柱帽，但这也不是为了冲切要求，而是因为边跨的边支座为半固半铰，跨中底钢筋会大一些，若没有柱帽则计算跨度会更大，底筋相应也更大，设柱帽后会使边跨与内跨的配筋相协调。

另外，由于此处有外墙作为板的支座，所以也没必要设置柱上板带。

5.2 Slabcad中的结果取至柱边是合理的

配筋截面的选择有三种意见:1)柱边;2)柱帽边;3)上柱两点的中点或是中间的某一人为经验指定点。

笔者认为算至柱边是合理的。理由如下:

1)Slabcad柱边弯矩是全板带宽度的积分[2]，不是最大值，这是合理的。有人认为柱边弯矩过大，应当削峰，或人为指定一个柱边与柱帽边之间的某个点作为配筋截面，这是不合理的，因为Slabcad在配筋计算时已经对柱边弯矩进行了积分，这就相当于了削峰，再远离柱边取点是偏不安全的。

2)Slabcad柱边配筋截面的选择是合理的。Slabcad的配筋截面不考虑锥形部分，这种简化也基本是合理的，因为如果是在矩形柱帽基础上为了冲切要求再加的二阶锥形柱帽，如图1所示，此部分柱帽在全板带宽度内所占比重很小，另外矩形柱帽一般占柱上板带宽度的比例较大，所以直接取矩形柱帽的尺寸作为计算截面是合理的，也是偏安全的。

图1 柱帽计算截面示意图

6 制图中的一点问题

6.1 暗梁

对有抗震要求的无梁楼盖可在柱上板带中设置暗梁，并满足一定的尺寸及配筋要求，这主要是《建筑抗震设计规范》[3]要求的。对于非抗震的纯地下车库而言，笔者认为可以不设置暗梁以简化施工。

6.2 柱上板带附加上铁的伸出长度

附加上铁的长度应满足受力要求并力求节约简洁，笔者推荐，柱上板带在柱顶的附加上铁伸出柱边不小于净跨的1/3，跨中板带附加上铁伸过轴线不小于柱网长跨的 1/4[4][5]。经与有限元计算结果比较，上述钢筋的断点是满足计算要求的。

7 结论

经过上述探讨，我们可以得出如下结论:

1)无梁楼板的厚度是与其所受荷载和跨度相匹配的，合理的厚度有利于满足柱的冲切要求及板自身的配筋要求。

2)柱的尺寸一般是以轴压比控制的，适当提高混凝土强度以减小柱断面是经济的。

3)墙厚宜与顶板厚度相匹配，顶板较薄时，宜取250mm以上;顶板较厚时，宜取300mm以上。

4)为减化施工及计算方便，对于小尺寸柱帽尽量直接取矩形。

5)无梁楼盖的整体计算以Setwe为主，楼板自身的计算推荐使用Slabcad。

6)地下室外墙沿线可不设柱、柱帽及柱上板带，即使设柱帽也是为减小跨度，降低板配筋的目的。

7)Slabcad中的结果取至柱边是合理的，因为柱边的弯矩是积分的结果，而且计算截面也取的比较合理。

8)非抗震的无梁楼盖可以不设暗梁。

以上是笔者进行无梁楼盖设计的一些经验，希望抛砖引玉，对各位同行有所帮助。

[1]何郎平，地下室无梁楼盖结构设计要点探究，城市建设理论研究，2012(24)

[2]地下室结构选型与设计优化，工程建设与设计，2010(8)

[3]中国建筑科学研究院，钢筋混凝土升板结构技术规范，1991

[4]建筑结构专业技术措施，北京市建筑设计研究院，中国建筑工业出版社

[5]中国建筑科学研究院，钢筋混凝土升板结构技术规范，1991

[6]复杂楼板分析与设计软件SLABCAD用户手册，中国建筑科学研究院，2011

[7]GB 50011－2010建筑抗震设计规范

[8]川07G03混凝土无梁楼盖图集，四川省建设厅

[9]11G101－1混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板)，中国建筑标准设计研究院

[10]江见鲸，钢筋混凝土结构非线性有限元分析，1994