无梁楼盖的设计及应用探讨

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1.概述

平面楼盖可以分为有梁的和无梁的两大类。无梁楼盖按其纵横两向柱距之比可分为单向板无梁楼盖（长边与短边之比大于2时）及双向板无梁楼盖（长边与短边之比小于等于2时）。由于平面布置的要求，无梁楼盖的柱网一般接近正方形，常遇的均为双向板无梁楼盖。

双向板无梁楼盖一般包括四种形式[1]

（1）带柱帽的无梁楼盖（flate-slab floor），通常称为无梁楼盖，它的组成包括柱、柱帽、柱上托板及平板。柱帽及托板可以增强板柱之间的连结、缓和柱对平板的冲切以及减小板的计算跨度。

（2）平板无梁楼盖(flate-plate floor)，它的组成仅包括柱及平板,这种楼盖在节点处平板受柱的冲切作用比较大，需要特别关注。这种楼盖天花平整、内景效果最好。

（3）仅在柱上有梁的双向板楼盖，简称双向板楼盖。双向板楼盖中采用的梁截面较小，梁的刚度没有梁式板楼盖中梁的刚度那么大，不能把它充分作为板的支座，而只能算做对板的加强，是板的一个组成部分。而双向板梁式楼盖中，板面荷载由板传递给次梁再传递给主梁，整个楼面荷载最终由主梁承担。

（4）双向密肋格形无梁楼盖（waffle slab），这种楼盖可以理解为在厚板下面规则地挖出一系类立方体后而成形的，其保留部分即为肋，比如工程中应用也比较多的空心板。

2 无梁楼盖设计中需注意的问题

2.1 无梁楼盖的优势及应用中存在的问题

笔者主要探讨带柱帽的无梁楼盖，也是近年应用较多的形式。相对于梁板式楼盖有如下优点：①、截面高度小，可降低层高；②、板底平整，安装通风管道时可顺利通过；③、可以少支模且施工方便，可以缩短工期。

随着混凝土无梁楼盖在工程中的应用越来越广泛，近年来地下室顶板无梁楼盖倒塌的新闻也越来越多。2017年8月19日，北京石景山区某地块地下车库无梁板倒塌，本次事故直接原因为地下一层顶板部分板柱节点处冲切承载力不满足设计规范要求。2018年11月12日，中山市古镇某项目地下室顶板无梁楼盖局部坍塌，初步调查分析，坍塌原因是填土作业人员违反操作规程，且大型满载平板车停放不当，导致顶板荷载过于集中，造成局部坍塌。

无梁楼盖结构体系本身没问题，因其传力途径比较简洁直接、净空利用率高、造型美观、有利于通风、便于布置管线和施工的优点，所以在特地条件下（比如单层地库），其综合经济性比传统梁板结构有很大优势，但也是因为传力途径简洁直接，所以在满足同样设计安全度的基础上，其抗垮塌冗余度没有普通梁板结构大，延性稍差，破坏经常是突发性的，没有预警期。

2.2 无梁楼盖的冲切

对于无梁的平板楼盖，平板与柱的连接节点内存在着柱对板的冲切作用，无梁楼盖的节点设计尤为重要。冲切破坏是一种脆性的受剪破坏，它很容易使板柱节点发生破坏而导致房屋倒塌。所以设计时，应尽量将房屋设计成刚性方案，由抗侧力结构（剪力墙）承担水平力（风荷载等），卸去板柱节点内由风荷载引起的弯矩；还应尽量把平板楼盖设计成虽无内梁但有边梁的体系，利用边梁受扭卸去边柱、端柱及角柱节点内由于竖向荷载引起的弯矩及剪力中的一大部分。

无梁楼盖的冲切问题成为设计的重中之重，设计时需要验算柱边、柱帽边及托板边的冲切是否满足设计要求。在受冲切承载力计算中，需要考虑不平衡弯矩的影响，第一种情况为在使用阶段柱头处柱子两侧的弯矩差值；第二种情况也是我们在设计中容易忽视的一种情况，对地下车库顶板通长都有1米左右的覆土，通长我们在设计中会把覆土荷载作为满布恒载来考虑，但在实际施工过程中覆土荷载会出现不利布置的情况，即本跨满载而相邻跨空载的现象，这就要求设计中一定要验算施工荷载。冲切承载力验算在《混凝土结构设计规范》[2]附录F中有详细叙述这里不再赘述。无梁楼盖体系中板柱节点将产生不平衡弯矩，这种不平衡弯矩的反复作用将严重影响节点的承载力，因此无梁楼盖体系中板柱节点是抗冲切的薄弱环节，节点的破坏是导致结构倒塌的主要原因考虑不平衡弯矩影响后受

2.3 无梁楼盖的弯矩取值及配筋要点

满足一定条件的无梁板，在竖向均布荷载作用下，可以采用经验系数法计算弯矩。设计时受下列条件限制：1）每个方向至少3个连续跨；2）板格的长边与短边之比不应大于2；3）每一方向，连续跨的跨度之差不应大于长跨的1/3；4）整个楼盖为均布荷载。

等代框架法，该方法是将整个结构沿每个柱轴方向分别划分“等代框架梁”和框架柱组成的框架。有了等代框架就可以用结构力学的方法，通长用分层计算方法较多。该方法计算模型简单，计算量小，但是等代框架法的计算模型把柱与板的局部变形协调看成是完全变形协调，跨差较大时误差较大。

近来来随着软件的开发与应用日渐成熟，各程序提供的楼板有限元分析为设计师提供了一个简单实用的工具。对于不规则楼板，跨差较大以及由于荷载布置、局部开洞等因素会使楼板应力集中时，应采用有限元分析补充计算。

楼板开洞带来的后果首先是板内部分钢筋截断，影响板的抗弯承载力，而在柱四周开洞还有降低板对柱的抗冲切承载力。在无梁楼盖中，对楼板开洞的位置及尺寸符合《高层建筑混凝土结构技术规程》[3]第8.2.4条的要求时，可不做专门分析计算，所有洞边均应设置补强钢筋。其他情况洞边要专门分析或是增加边梁的措施。

对无梁板的分析设计时，楼板中应力集中的区域，不能随意忽略不管这些应力。无梁楼盖的有限元分析结果，在柱头处会出现应力集中，设计人员在结构设计时不能直接忽略应力集中的峰值或者随意丢弃柱头应力。有限元提供的是点弯矩，柱头处分布极不均匀，用点弯矩直接计算配筋是不合适的，对无梁板柱帽或是托板范围内配筋宜采用面积的加权平均值得到的平均弯矩，因此在配筋时应对有限元的结果分析统计后使用。现在的市场环境尤其是房地产开发项目，对项目的经济性这一块把控都很严，甚至以降低结构安全来追求经济性，也出现了一些设计优化公司，为了迎合甲方的要求，不从结构的合理性出发，降低甚至忽视规范的要求来减小含钢量。个别设计人迫于甲方的压力不能坚持原则，对于提出的不合理要求也全盘接受。这对自己及工程项目都是极不负责任的做法，希望行业竞争能回归到一个良性、有序的发展轨迹上来。

3 小结

无梁板结构不宜用于直接抵抗水平荷载（风荷载、地震作用等）。上部结构采用无梁板体系时宜增设抗震墙，地下室顶板采用无梁楼盖可减小层高、方便布设管道设备，也需特别注意板柱节点的冲切承载力设计。