１６ 福建建设科技２０１４．Ｎｏ．２ ■建筑结构 地下室无梁楼盖计算方法分析 邹国辉（厦门佰地建筑设计有限公司［摘福建厦门３６１０００） 要］ 无梁楼盖是近年来地下室常见的结构型式，目前计算方法多样，本文以实际工程为案例，通过对常用的几种计算 方法结果进行分析对比，得出结论，供地下室工程无粱楼盖设计参考。 ［关键词］ 地下室无梁楼盖；等代框架法；有限元分析法；柱帽刚度；弯矩折减 Ｂａｓｅｍｅｎｔ ｆｉａｔ ｓｌａｂ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｉｆａｔ ｓｌａｂ ｉｓ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｙｐｅ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔａｋｅｎ ａｎ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｓ ａ ｃａｓｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｓｏｍｅ ｃｏｎｃｌｕ— ｓｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｆｌａｔ ｓｌａｂ ｃｏｎｓｔｕｃｔｉｒｏｎ ｃｏｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｄｒａｗｎ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂａｓｅｍｅｎｔ ｆｉａｔ ｓｌａｂ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｒａｍｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｌｕｍｎ ｃａｐｓ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｍｏｍｅｎｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ １概述 为广泛，但其计算过程较为繁琐，可通过查询计算表格、结构 刚架计算器和理正结构工具箱软件等方法实现。 有限元分析法是将基于板、壳单元的有限元方法，将地下 室无梁楼盖划分为一定数量的有限元单元，并将各单元之间 进行变形协调，从而得出准确的地下室无梁楼盖内力。有限 元计算法是一种通用计算方法，对于结构的布置限制很少，计 无梁楼盖又称之为板柱结构，它由楼板和柱组成承重结 构，他以传力直接、整体性好，施工简便、提高施工进度、最大 限度的提高楼层净高、降低建筑高度、减少工程造价而受到广 泛的重视。在地下室工程应用中，尤其因为能减少地下室开 挖深度，减少地下室土方开挖量，减少基础和深基坑造价，近 几年发展较为迅速，得到了广泛的应用。 算结果较为真实准确，当计算量大，需要大量的输入数据，通 常通过ＰＫＰＭ结构系列软件和ｍｉｄａｓ ｂｕｌｉｄｉｎｇ结构计算软件 等通用有限元计算软件实现。 ３工程案例 根据经验，当楼面活荷载标准值大于５ＫＮ／ｌｄ，柱跨度为 ６—８ｍ时，无梁楼盖教普通楼板较为经济。 对于地下室顶板无梁楼盖的内力的计算方法，常采用的 方法有经验系数法、等代框架法和有限元计算法等计算方法。 ２计算方法 武汉九都国际二期项目位于武汉市武昌区徐东大街西 侧，用地东临６Ｏ米宽徐东大街，南临福星惠誉新建项目用地， 经验系数法是根据弹性理论，以无梁楼盖受力影响因素 试验结果为基础，以符合一定条件的板系理论分析为依据，对 计算方法进行简化而成的。经验系数法取ｘ向或Ｙ向板所 受荷载产生的板的总弯矩设计值，然后按一定的经验系数，将 板总弯矩设计值分配给柱上板带和跨中板带各截面。 经验系数法设计简单，经验系数方便可靠，但其需要满足 一西临新华家天下高层住宅区，北临现状铁路货运支线及好美 家家具市场。项目其中包括一栋４１层办公楼超高层写字楼， 一栋４层办公配套，总建筑面积７６５７３ ｒｄ，项目设有地下两层 ，地下室柱网为 地下室，地下室中建筑面积１４３７１ ８．４ｒｅｘ８．４ｍ，顶板覆土１．２ｍ，一层地下室层高为４ｍ，局部考 虑消防车辆通行，经过多方比较、论证，主楼范围以外地下室 顶板采用无梁楼盖结构设计方案。地下室顶板取值４００ ｍｍ， 柱截面６ＯＯ Ｘ６ＯＯ ｏｔｎｉ，采用矩形顶板柱帽，柱帽尺寸为１８００ Ｘ 定的适用条件：ｌ、活载为均布荷载，且不大于三倍恒荷载； ２、在每个方向至少有三个连续跨；３、任一区格内长边与短边 之比不大于１．５；４、同一方向最大跨度与最小跨度之比不大 １８００，柱帽高度为３００ ｍｍ，矩形顶板下设４５度斜柱帽，斜柱帽 高度为３００ ｍｍ，保证柱帽有效宽度ｃ也为１８００ ｍｍ。 地下室板、柱混凝土强度等级均为Ｃ３５，ＨＲＩＭ００级别钢 于１．２。使其适用范围不广，在地下室无梁楼盖设计中受到 限制。 等代框架法是将地下室无梁楼盖视为支承在柱上的等代 筋，不考虑顶板自重，覆土荷载取２１．６ＫＮ／ ，活荷载为５ＫＮ／ Ｈｆ，不考虑消防车辆荷载及人防荷载布置，现取一５跨内柱平 面布置，进行分析比较。 梁，将地下室墙、柱视为对等代梁的约束，将地下室无梁楼盖 划分为ｘ向或Ｙ向等代框架，通过对等代框架的内力分析， 并将内力计算结果按一定经验系数分配给柱上板带和跨中板 带各截面，从而得出地下室无梁楼盖整体设计结果。 等代框架法没有了经验系数法的限制条件，适用范围较 ａ）采用经验系数法 该平面布置满足经验系数法的适用条件，故可适用经验 系数法。经计算，该地下室无梁楼盖荷载设计值ｑ＝１．３５ Ｘ （２１．６＋０．４ ｘ２５）＋１．４×０．７ Ｘ５＝４７．５６ｋＮ／ｎ￣ 作者简介：邹国辉（１９７９．１０一），男，本科学历，工程师，国家一级注册 结构二ｒ稃师．结构设计。 ｘ向及Ｙ向无梁板总弯矩设计值为 １８ ４结论及设计建议 福建建设科技２０１４．Ｎｏ．２ ■建筑结构 的嵌固作用，从而形成“穹拱”现象，在板内形成压应力，板带 承载能力有所提高，可以用折减计算弯矩的形式来考虑这一 有利因素的影响。根据《钢筋混凝土升板结构技术规范》 ４．１无梁楼盖地下室结构设计，端跨是重点 在以上计算中，无论采用何种计算方法，无梁楼盖端跨弯 矩均是最大值，尤其以第一内支座尤为重要，经验系数法、等 代框架法和有限元分析法均证明了这一点。在设计中，应考 虑端跨板带跨度及截面尺寸对于内力的影响。因此，在端跨 设计时，应在端跨支座处设置柱帽，减小端跨计算跨度，提高 地下室无梁楼盖抗弯刚度，并适当加大端跨跨中及第一内支 座配筋，保证端跨安全。 ４．２计算方法内力比较 ＧＢＪ１３０—９０第３．３．７条，除边支座和端跨跨中外，各板带弯 矩均可乘以０．８的折减系数。 ４．４无梁楼盖冲切设计 地下室无梁楼盖，由于其跨度大、覆土厚度大、荷载重，且 可能承担地下室人防荷载，其厚度往往由冲切计算确定，而不 是由板带抗弯设计控制，不可因为其板带配筋截面较小而减 小板厚，从而造成地下室楼盖抗冲切不足，造成安全隐患。 ５结语 在以上计算中，可以发现，等代框架法与经验系数法，两 者在内跨计算，各板带截面弯矩基本相同；等代框架法与有限 现有规范、规程及技术文献对于地下室无梁楼盖设计均 元分析法，两者在端跨计算，各板带截面弯基本相同。 笔者认为造成这一现象的原因是，有限元分析法在内跨 计算时，虽然考虑了柱帽刚度对于弯矩分配的作用，但未考虑 有针对性和限制要求，应用于普通混凝土结构及预应力混凝 土结构等，各计算方法将也存在较大的差异性，设计人员应在 经验、理论与实际计算的基础上，仔细分析其计算结果的合理 性，并采取安全可靠、经济合理的构造措施。 参考文献 ［１］１中国建筑科学研究院．ＧＢＪ１３０—９０钢筋混凝土升板结构技术规 范［Ｓ］．北京：中国标准出版社，１９９１． ［２］朱聘儒．双向板无梁楼盖［Ｍ．北京：中国建筑工业出版社，１９９９． ［３］中华人民共和国住房和城乡建设部ＧＢ５００１０—２０１０混凝土结构 设计规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社２０１ｌ。 ［４］理正软件使用说明编制原理（２００９年７月）［Ｍ］北京理正软件研 究院有限公司． 柱帽尺寸对于计算跨度的减小作用，增大了内跨各截面弯矩； 而在端跨计算中，经验系数法未能充分考虑边端墙、柱实际刚 度大小，增大板带边端支座支座弯矩，减小了端跨跨中及第一 内支座截面弯矩，对于结构较不安全。 在以上计算过程中，也能发现，在采用等代框架法与经验 系数法计算中，未能虑柱帽刚度对于各板带截面结构弯矩分 配比例系数的影响，按经验系数比例分配各板带截面弯矩，与 实际受力情况较不一致。 因此，当采用有限元分析计算，应采用能考虑柱帽刚度对 于计算跨度影响的计算模型，或对有限元支座弯矩进行折减； 当采用等代框架法和经验系数法，应考虑柱帽刚度的影响，适 当加大柱上板带弯矩分配比例。 ４．３当有柱帽时，各板带截面弯矩应予以折减 对于有柱帽的地下室无梁楼盖，由于板带受到周边柱帽 ［５］ＰＫＰＭ系列（２０１０年版）结构软件用户手册及技术条件［Ｍ］中国 建筑科学研究院． ［６］朱炳寅．无梁楼盖设计计算方法的分析与思考［Ｊ］．建筑结构， 】９９９． （上接第１５页） 震不利地段，现场检查该塔周边场地未见可能滑坡、崩塌、地 件，不符合抗震构造要求，且已出现多处拱梁齐根部断裂，严 重威胁到游客的人身安全，需进行重点修复加固。对未出现 断裂的石构件应采取加固防护措施，以确保使用安全。 参考文献 ［１］四川省建筑科学研究院．ＧＢ５０２９２—１９９９民用建筑可靠性鉴定标 准［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，１９９９． 陷、地裂、泥石流等危险地段，也未见明显高耸孤立的山丘，陡 坡，陡坎，河岩和边坡的边缘等抗震不利地段，现场检查塔座 周边地基土层主要为岩石层。现场检查室外楼梯与塔座外廊 栏板连接外有不同程度的开裂情况，其余未见明显塔座不均 匀沉降引起的地裂、地陷等异常变形。该塔建于１９８８年，长 期使用至今，地基基础沉降已趋于稳定，且上部塔身倾斜度观 ［２］中国建筑科学研究院．ＧＢ／Ｔ５０３４４—２００４建筑结构检测技术标准 ［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． 测结果表明，该塔多数测点的结构侧向水平位移值远小于 ［３］中国建筑科学研究院．ＧＢ５００１０—２０１０混凝土结构设计规范［ｓ］． 北京：中国建筑工业出版社，２０１１． 『４］中华人民共和国住房和城乡建设部．ＧＢ５０００３—２０１１砌体结构设 计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１２， 《建筑地基基础设计规范》规定的地基变形允许值，地基基础 现阶段工作状态未见明显异常。 ７鉴定结论 ［５］中国建筑科学研究院．ＧＢ５００１１—２０１０建筑抗震设计规范［ｓ］． 北京：中国建筑工业出版社，２０ｌ０． ７．１该塔场地于建筑抗震较有利地段，塔体为石混简体 抗震结构，平立面布置规则、对称，质量和刚度变化均匀，结构 体系具有较好的抗震性能。 『６］福建省建筑科学研究院．ＤＢＪ１３—７１—２００６回弹法检测混凝土抗 压强度技术规程［Ｓ］．２００６． ７．２经承载力验算，挑板承载力满足结构受力要求。 ７．３石斗拱梁为脆性材料，抗弯能力差，现作为受弯构