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閱讀 16696 次無梁樓蓋結構在地下車庫工程中應用的經濟性分析

摘要：本文簡要介紹了無梁樓蓋體系的常用計算方法及其要點，并針對某工程實例進行了無梁樓蓋體系的經濟性與實用性分析，以期對無梁樓蓋體系在地下車庫工程中的應用提供參考價值。...

無梁樓蓋結構在地下車庫工程中應用的經濟性分析

王萌潘映兵鄭春艷

（中聯西北工程設計研究院 2.陜西同濟土木建筑設計有限公司西安710002）

1. 前言

無梁樓蓋結構又稱為板柱結構，其優點是結構體系簡單，可以有效增加樓層凈高，從而減少土方開挖量，并且施工時鋼筋綁扎方便，節約模板等。但是無梁樓蓋體系需要較厚的樓板來抵抗豎向構件沖切，混凝土及局部鋼筋用量較大。目前，無梁樓蓋常用于地下車庫、倉庫、商店、圖書館、冷庫等對樓層凈高要求較高的建筑類型。

一般框架結構可以認為框架柱、框架梁間可以直接傳遞彎矩、剪力和軸力。而無梁樓蓋則假定是由柱上板帶和柱形成“等代框架”，受力狀態較為復雜。

2. 計算方法及其要點

2.1經驗系數法

運用經驗系數法進行無梁樓蓋分析時，首先按照下式進行總彎矩計算:

然后按照《鋼筋混凝土升板結構技術規范》（GBJ130-90）表3.3.4進行彎矩分配，并進行配筋計算。

此方法較簡單，適于手算，但僅適用于豎向荷載作用下的近似計算。

2.2等代框架法

對于無梁樓蓋結構體系的“等代框架”計算，可通過程序PKPM實現。通常有2種計算方法：(1)首先根據柱矩計算出等代框架梁的截面尺寸，即：取1/2柱距為等代框架梁截面寬；取樓板厚作為梁截面高。通過PMCAD建模厚，接力SATWE或者TAT進行內力、配筋計算。(2)利用SATWE中的“彈性板6”的定義直接進行有限元分析。即在PMCAD中建立板柱模型后，在等代框架梁的位置上輸入100X100的虛梁。布置虛梁的目的有二:其一是SATWE軟件在接力PMCAD的過程中可以自動讀取樓板的邊界信息；其二是為了輔助彈性樓板單元的劃分。虛梁不參與結構的整體分析的。此外還需注意計算方法應選擇“總剛分析方法”。

最后利用SlabCad模塊進行樓蓋的設計計算。

1. 工程實例分析

臨汾某公司開發的地下車庫，柱網為7800X7800，頂部上做1000mm厚覆土，若采用普通框架結構，則難以滿足凈空要求，故采用無梁樓蓋結構體系，板厚取為400mm，柱帽尺寸為2400X2400。

使用階段樓蓋內力計算可用經驗系數法計算。

按內跨分別計算柱上和跨中板帶的支座截面負彎矩和跨中正彎矩（x,y方向彎矩相等,單位）：計算結果見表1.

表1 板帶彎矩計算

	跨中正彎矩	支座負彎矩
柱上板帶	302	839
跨中板帶	251	285

根據板帶尺寸把彎矩換算為每單位長度板寬的彎矩并進行配筋（HRB 335）計算，計算結果見表2。

表2 配筋計算

板帶	跨中彎矩M	結果 AS	實配	支座彎矩M’	結果AS	實配
柱上	77.5	745	Φ14@200	215.0	2066	Φ20@150
跨中	64.3	617	Φ14@200	73.0	703	Φ14@200

取以一個框架柱為中心的單元格進行含鋼量統計，可得表3.

表3 用鋼量及混凝土用量

板帶	正筋用量kg	負筋用量kg	柱帽鋼筋用量kg	混凝土用量
柱上	368	769	110	0.404 m³/m²
跨中	368	226	110	0.404 m³/m²
合計	1841/(7.8*7.8)=31 kg/m²

建立同樣的梁板結構體系（柱網尺寸詳圖，雙向跨數取15個）地下車庫模型通過PKPM分析，并利用TSSD2008的TSPT2008模塊進行繪圖并統計工程量，可得每平方米用鋼量約為53kg(HRB335，其中梁部分約35kg，樓板部分約18kg)，混凝土工程用量約為0.30m³。在本工程實例條件下，無梁樓蓋每平方造價（僅包括鋼筋和砼的用量）約為255元；梁板式結構每平方造價約為298元。由此可見：無梁樓蓋體系相對于梁板式結構經濟性較好。

另外，當無梁樓蓋在增加凈高而減小建筑層高的同時，使得地下車庫外圍擋土墻的計算高度H₀減小，則其結構厚度和配筋都可能隨之減小，從而間接提高了工程的經濟性。

筆者采用SLABCAD有限元和等代框架模型進行分析所得彎矩值與經驗系數法所得較為接近，相對誤差在6%以內。

1. 構造措施

4.1 無梁樓蓋的板厚由抗彎、抗沖切控制，荷載較小時可以按照1/35(有柱帽)、1/30(無柱帽)確定板厚，注意柱帽抗沖切的驗算。

4.2 無梁樓蓋周邊應設置構造邊梁，截面高度不小于板厚的2.5倍，并設置抗扭縱筋。

4.3 無梁樓蓋的柱帽尺寸可根據驗算情況確定，選擇下反柱帽，可將柱帽尺寸擴展至跨中板帶，則柱上板帶即接近于變厚度梁，鋼筋用量可相對減少。

2. 結論與展望

5.1在本工程實例的柱網布置和荷載工況下，無梁樓蓋結構體系的經濟性相比梁板式結構較好。另外，無梁樓蓋結構的經濟性與建筑的跨度、荷載等情況有關，同時和施工組織也有很大關系，本文尚未涉及等諸多因素對經濟性的分析，有待進一步研究。

5.2 無梁樓蓋結構體系最大的優勢在于能夠減小結構高度，增加使用凈高，便于設備專業管道敷設，減小土方開挖工程量，減少基坑支護工程量和排水費用。

5.3 無梁樓蓋結構體系的施工較為方便，支模相對簡單，節省模版，施工工期較短等特點，同樣可提高工程的經濟性。

5.4 《地下工程防水技術規范》(GB 50108-2001)中4.1.6條要求防水混凝土結構厚度不應小于250mm，若在梁板結構中執行此項規定，則梁板結構體系相對于無梁樓蓋，即不具備了減少板厚和自重的優勢，這樣更凸顯了無梁樓蓋的經濟性。

無梁樓蓋結構形式的不足之處在于其混凝土用量較大；當柱網尺寸較大時，無梁樓板的撓度、裂縫較大，此時控制鋼筋用量的因素即由承載力控制轉變為使用階段控制，從而導致用鋼量較大。