简析地下室顶板结构方案优劣

孙忠锋

【摘 要】：针对地下室结构的混凝土用量多，含钢量高，建造成本居高不下的实际情况，文章结合工程实例，对地下室顶板结构设计方案进行了对比，并提出了地下室顶板中无梁楼盖的设计方法。

【关键词】：无梁楼盖；地下室顶板；结构设计

引言

随着我国经济的持续发展，房地产市场的高层建筑越来越多。由于高层建筑本身稳定的要求，需要建筑物有一定的埋深，同时为了节省基础的造价，通常高层建筑都采用补偿性基础。在整个工程的建造成本中，地下室及基础的费用可以占到整个工程成本的10%-30%。所以，有效控制地下室的建造成本，对控制整个工程的成本起着非常关键的作用。

一、地下室顶板结构方案对比

1、工程概况

某小区综合楼是一栋地上7层，地下1层，集商业和住宅于一体的综合性建筑。地下车库顶覆土厚1.0m。该建筑有两个主要特点：（1）在布局上，7层住宅用房布置在四周，中间为地下车库，层高为4.6m，柱距为7.6m；（2）地下车库顶板又兼作消防车道。考虑以上两个主要特点，我们选取两种方案进行对比，方案I：普通钢筋混凝土单向板方案；方案II：空心无梁楼板方案。

2、普通梁板结构方案

由于本车库的建筑功能需要，柱网确定为7.6m×7.6m。根据《建筑结构荷载规范》，消防车在单向板方案中的荷载标准值为35kN/m2，同时在次梁及主梁的设计时考虑荷载折减系数。经过计算，车库顶板布置成十字交叉梁结构，主梁断面为350×900mm，次梁为300×600mm，顶板厚200mm，梁板折算后的板厚为365mm。考虑到建筑功能需要车库净高2900mm（其中车辆通行净高2200mm，通风、电缆桥架及喷淋等需要净高700mm），按此种方法的地下车库层高为3000mm，基础采用桩筏基础，底板厚650mm，车库底板底距地面距离为5500mm。经过计算分析计算，板的配筋为双层双向Φ12@180。

3、空心无梁楼板的设计方案

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如下优点：（1）混凝土的总用量降低，自重降低。（2）支承楼板的柱、墙、基础和桩的荷载相应减少，减少竖向构件截面，减少配筋，节约竖向构件费用。（3）有利于水平管线、空调的安装。（4）降低了层高，提高了净空高度，减少了竖向水、电、风、电梯使用费。（5）减少了内外墙装修，吊顶装修和更新的费用。（6）施工单位减少了模板损耗，减少了支、拆模人工费用。

空心无梁楼盖，这是一种新颖的结构形式，是传统密肋楼盖的发展，可降低层高和造价。空心无梁楼盖内的填充构件采用底宽360mm、顶宽400mm、高180mm的薄壁塑料盒，这种塑料盒环保无毒，受火后也无毒烟。每lm2的楼板内放置4个塑料盒，盒子的中距为500mm，相邻盒子间为100宽的肋，从而形成蜂窝式的双向密肋空心無梁楼盖。空心无梁顶板的厚度取为300mm，在柱的轴线处设置实心的暗梁，区格的中间部分则放置塑料盒。

竖向荷载作用下，空心无梁顶板的计算采用等代框架法，要点如下：（l）等代梁的宽度取相邻跨跨中之间的距离；考虑到柱帽上翻，为偏于安全不考虑柱帽的有利影响，取等代梁的计算跨度为轴线间的距离减去柱宽。等代边柱的宽度取与等代梁同宽，并假定柱的底端固定。

无梁楼盖可显著提高板的承载能力，所以可对中间区格板的内力计算值进行折减，通常可乘以0.8-1.0的折减系数。在本工程中由于混凝土侧墙可以对板的周边提供更好的约束作用，所以对边区格和角区格内的板同样进行内力折减。本工程对所有的柱上板带均采用0.9的折减系数。在柱上板带框架柱的位置处应设置暗梁，暗梁的上下受力钢筋应分别取柱上板带计算所需上下钢筋的0.5倍左右。暗梁之外板的钢筋配置在相应的空心板内，其中板底的正弯矩钢筋配置在肋梁内。经此处理后，计算得空心无梁顶板的配筋为Φ16@130（单向），暗梁底筋仅为3Φ12。

4、方案对比

（1）蜂窝式空心无梁楼盖具有空心率大、双向性能好等显著优点，同时可以降低结构层高，特别适用于跨度较大、荷载也较大的结构；对于会议室等大空间结构，平整的底面也可以取得良好的建筑效果。

（2）在竖向荷载作用下，空心无梁楼盖的内力分析可以类似采用实心无梁楼盖的等代框架法进行，但板的截面特性应采用实际值，对蜂窝式空心楼盖可采用本文给出的计算公式计算其截面特性。采用等代框架法可同时对框架柱在楼层位里处的受力情况进行分析。

（3）在受力分析中如果活荷载较大则应考虑活荷载的不利布置。

（4）为进一步提高经济效益，受力钢筋建议采用HRB400级钢筋。考虑到实际受力情况的复杂性，板的上部负筋应通长布置，不宜截断。

二、地下室顶板中无梁楼盖的设计方法

1、保证地下室无梁楼盖中端跨设计

在实际设计和施工中发现不管采用哪种形式的无梁楼盖结构，第一跨的弯矩以及第一内支座的弯矩都必须达到最大值。利用经验系数法假设楼层板只受到垂直的荷载力，那么在设计时就必须在端跨外设计有悬挑板。悬挑板的作用是将端跨支座的弯矩均衡起来。在力学模型（地下单层无梁楼盖模型）中没有设置外悬挑板，但是在实际的建筑工程中地下室的外墙扮演者承担荷载力的角色（侧向土压力受外墙支撑）。在地下室的这种结构中端跨板带、外墙、地基可以实现弯矩的传递并且三者之间互相作用，这是地下室无梁结构和普通建筑物无梁结构的差别。因此在进行地下室顶板无梁楼盖设计中端跨的设计是图纸设计的重点。

2、设计时应充分考虑多方面因素对整体结构的影响

在无梁楼盖结构设计时应充分考虑到基础刚性和地下室外墙对其的影响。基础的刚性增强对端跨是十分有利的，如果基础刚度过小则会使端跨板带的弯矩变大。因此地下室无梁楼盖的结构稳定性取决于整体结构设计的是否合理。运用经验系数法设计无梁结构楼盖的结构时，由于端跨板带的实际受力情况与理论上是不一样的，这样会造成整体结构实际的不准确。运用等代框架结构设计无梁楼盖结构时只有充分考虑基础刚性才能保证设计图纸的科学。因此综合上述情况在设计地下室顶板时必须将基础刚性、无梁楼盖、地下室外墙一起看做是一个整体，将三者有机结合成一个模型进行计算，在设计时充分考虑到侧向土压力、端跨、基础间的关系。

3、在进行无梁楼盖设计时注重建筑材料的规格

无梁楼盖结构在具有很大优势的同时其自身也是存在一定缺陷的，比如它对建筑材料的规格要求比较严格、无梁板的延性不好、抗冲切性需要增强。因此在进行设计时要充分考虑到这些因素，选用合理规格的建材。因此地下室钢筋的选择应该选用性能优良的钢筋，横截面积应充分考虑到冲切破坏，并且将钢筋做成封闭式箍筋，箍筋的直径介于6毫米至12毫米之间。同时混凝土应选用较大强度的才能保证结构的稳定。

结束语

人们一直公认的梁板结构的经济性在较大荷载作用下便变得不经济。所以在实际工程中，对地下室顶板宜采取无梁楼盖形式，既可以节约造价，又可以加快施工进度，值得推广应用，而近几年采用新技术例如GZ高分子合金组合芯模、混凝土薄壁筒体件等浇筑的现浇混凝土空心楼盖，则在室内装饰净空高度、使用功能、隔音效果、环境保护、综合造价低等方面有着明显的优势，对节约社会资源、维持建筑业可持续发展具有积极的社会意义。

参考文献

[1]谭强平.无梁楼盖地下室顶板结构设计[J].城市建设，2010（23）

[2]李方河.无梁楼盖结构设计分析[J].科技信息，2009（09）

[3]李广斌.无梁楼盖结构设计及计算[J].广东土木与建筑，2007（3）