不规则柱网地下车库顶板楼盖结构设计

丁猛 赵云波

摘要：本项目从经济性、结构高度、施工工期等方面综合考量，通过对单向双次梁和无梁楼盖体系两种方案进行比选，最终选择无梁楼盖体系。由于柱网不规则，本文采用等代框架法、有限元法对结构进行配筋计算，通过对计算結果的对比，发现有限元法更适合柱网不规则的计算情况。

1. 引言

无梁楼盖最早由美国学者Turner于1906年设计，在1961年学者Corley提出等效框架概念后趋于完善，形成了一套完整的理论体系一直沿用至今。2012年发布《现浇混凝土空心楼盖技术规程》（JGJ/T268，2012）对空心楼盖技术进行了一次系统的总结和补充，随后发布的现浇空心楼盖的国标及省标图集进一步丰富了我国空心楼盖技术体系。笔者将以实际工程案例，介绍不规则柱网下无梁楼盖顶板的结构设计。

2. 工程概况

本工程有4层地下室，其上有56层塔楼及4层裙房，首层即地下室顶板作为为主楼的嵌固部位。地下室顶板根据建筑功能有不同标高，纯地下部分顶板覆土2.7m，处于主楼嵌固影响范围以外，需要考虑消防车荷载。为协调周边地块的建筑功能，此区域柱跨分布在13.5m～7.5m范围内，无标准柱跨。

3. 无梁楼盖结构设计

3.1结构选型

无梁楼盖结构形式的选择主要基于以下原因：

a.本工程为后续二期工程，周边一期工程的结构形式为无梁楼盖，无梁楼盖的结构形式可以与周围的结构形式相协调。

b.为协调周边地块柱网，本地块柱网不规则，梁板结构方案较复杂，为控制结构构件高度需配置大量钢骨构件，会增加施工难度影响施工工期。

c.与梁板结构形式相比，无梁楼盖钢材用量较少，经济性较好。

d.避免了复杂的梁、柱节点做法，更易于施工。与梁板结构相比更容易布置机电管线，提高地下空间利用率。

e.在主楼相关范围以外，所受到的水平地震作用较小，避免了无梁楼盖抗侧能力薄弱的缺点。

3.2设计参数

本工程无梁楼盖区域处于主楼相关范围以外，受水平地震作用较小，故在计算时不考虑地震作用【1】，仅采取相关构造及加强措施满。例如适当增加楼盖厚度【2】，对提高无梁楼盖整体抗侧能力有一定作用，但过厚的楼板会造成本身的自重较大，对抗震反而不利;适当增加柱帽尺寸，提高板柱节点的抗冲切能力。地下室顶板混凝土强度等级为C35，恒荷载为覆土荷载：56.7kN/m2;活荷载主要为消防车荷载，考虑覆土及平均板跨折减【3】后取值为22kN/m2。另外根据相关研究【4】，本工程可不考虑活荷载不利布置。

3.3结构布置

由于柱网不规则，本工程依据柱中线距离来确定顶板厚度，归并后楼板厚度为600mm、800mm、1000mm。主楼相关范围内的结构形式为梁板结构，在与无梁楼盖交界处，布置不小于1.5倍板厚的结构主梁，以主梁轮廓对柱帽及托板进行切割.

3.5计算方法

无梁楼盖主要计算方法有经验系数法、等代框架法、有限元法等，根据本工程实际情况选用等代框架法以及有限元方法进行计算。等代框架法已经有一套属于自己的理论体系，其原理就是将无梁楼盖这一三维结构以两个正交方向划分成一榀一榀的框架。等代框架一般可分为三个组成部分，分别为梁（暗梁）、板构成的水平杆件，柱构成框架的竖向构件，柱帽及托板构成水平与竖向的连接构件。如前所述，此部分无梁楼盖结构主要承受竖向荷载，根据等代框架的定义，等代梁的宽度为板跨中心线的间距的一半，由于柱网的不规则，梁宽以50为模数取整。等代梁的高度即楼板的厚度，变截面位置梁高取两侧板厚的平均值。框架柱的计算高度取值为层高减柱帽及托板的高度。在计算过程中，边界处封边梁考虑刚度放大系数，等代梁则不考虑。楼板采用平面内无线刚度假定，结构自重扣除梁板重叠部分。针对本项目，可将柱上板带等效为暗梁，划分方式详图3-1.【5】

采用YJK软件对无梁楼盖采用有限元法计算时，需在柱与柱之间拉结虚梁，以便于布置楼板及柱帽。在结构计算过程中，虚梁的刚度将被忽略，仅用于正确导算楼面荷载。弹性楼板算法假定楼板平面内及平面外刚度均为有限值，程序将采用壳单元计算楼板的面内和面外刚度，可以真实的模拟楼板的刚度及变形。另外，网格的尺寸对有限元计算结果有较大影响，本文通过多次试算，最终选用1m的网格进行计算，即能保证计算结果的精度，又能节省计算资源。

4. 结论

通过对不规则柱网下无梁楼盖体系两种计算模型的分析主要得到以下结论：

（1）等代框架简化模型传力路径明确，计算结果便于计算配筋，但在一柱多梁的情况下由于梁宽较大，彼此出现较多重叠，导致构件刚度重复计算，部分位置计算结果异常，对于本工程适应性较差。

（2）有限元法计算模型最接近结构的实际受力情况，依据有限元方法的计算结果可以兼顾安全性和经济性，故本工程选用有限元法进行无梁楼盖配筋的计算是合理的。

参考文献

[1] GB 50011-2010， 建筑抗震设计规范. 北京： 中国建筑工业出版社， 2010.

[2] GB 50010-2010， 混凝土结构设计规范. 北京： 中国建筑工业出版社， 2011.

[3] GB 50009-2012， 建筑结构荷载规范. 北京： 中国建筑工业出版社， 2012.

[4]逯晔，许晶. 地下车库无梁楼盖设计常见问题讨论[J]. 建筑结构，2015，45（04）：60-63.

[5]郝文超. 某地下车库无梁楼盖结构设计分析[D].河北工程大学，2017.

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