浅谈人防地下室的无梁楼盖结构设计

浅谈人防地下室的无梁楼盖结构设计

骆省燕

骆省燕杭州市地下工程设计研究院有限公司，杭州，310020

【摘要】本文简要介绍人防地下室无梁楼盖体系的常用结构设计方法及其要点，并针对某工程应用示例分析，以期对无梁楼盖体系在地下车库工程中的应用提供参考。

【关键词】人防地下室混凝土无梁楼盖结构体系

一、前言

无梁楼盖是地下建筑常见结构形式，是近年发展较为迅速的一项建筑结构新技术。无梁楼盖把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系，结构质地更密，抗压性更高，抗振动冲击更强，结构更合理。特别是这种“无梁楼盖”使楼层空间布置摆脱梁的制约，具有明显的经济效益和社会效益。

二、无梁楼盖结构类型优缺点

无梁楼盖结构体系优势突出：因不设置梁，板面负载直接由板传至柱，具有结构简单、传力路径简捷，净空利用率高，造型美观，有利于通风、便于布置管线；在满足同等室内净高的情况下，有利于降低层高，从而减少土方量及底板设计水位，控制工程造价；除柱帽外，模板及钢筋制作工作量少，施工工艺简单，施工进度快。无梁楼盖结构体系也有一定的劣势：结构板较厚，结构自重增大；从结构性能方面看，无梁板延性较差，板在柱帽或柱顶处易造成脆性冲切破坏；应用时对于平面规则性、连续跨数及板跨区格长短边的长度比例等有一定的限制要求。

三、无梁楼盖计算方法

人防地下室无梁楼盖结构体系的内力分析按弹塑性工作阶段进行设计计算，工程设计常用的计算方法有经验系数法、等代框架法、有限元计算法三种。

（1）经验系数法是运用弯矩分配系数，算出板的总弯矩再乘以弯矩分配系数得出各控制截面的弯矩值。经验系数法须符合下列条件：①每个方向至少应有三个连续跨；②每跨跨度相等或相差不超过20%，且端跨的跨度不大于邻跨的跨度；③各区格的长短跨度之比不大于1.5；④所有柱网宜采用正方形或矩形，以正方形布置比较经济。经验系数法结构内力计算：

（2）等代框架法是将结构分别沿纵横柱列方向划分为具有“框架柱”和“框架梁”的纵横向框架。等代框架法的适用范围为区格长短跨度比不大于1.5。柱上板带以柱为支座，类似梁板结构中的主梁；跨中板带以另一方向的柱上板带为支座，类似梁板结构中的次梁，但其支座是弹性支座。按已有的经验和计算分析结论，等代框架法计算板总弯矩对柱上板带和跨中板带按比例进行分配，弯矩分配表如下：

截面位置柱上板带跨中板带

内跨支座截面负弯矩跨中正弯矩75%25%

55%45%

边跨第一内支座截面负弯矩75%25%

跨中截面正弯矩55%45%

边支座截面负弯矩60%40%

（3）有限元法是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽尺寸，将无梁楼盖划分成若干细小单元，用板壳单元有限元程序进行求解。常用PKPM复杂楼板分析与设计软件SLABCAD进行计算。相对于经验系数法和等代框架法，SLABCAD能考虑柱帽和洞口对刚度的影响，水平荷载作用下的内力，上下层结构对楼板的影响；按规范划分板带，并进行板带的裂缝、应力、挠度验算以及柱子、柱帽的冲切验算，进行节点配筋和板带配筋。

四、无梁楼盖设计要点

人防地下室楼盖在等效静荷载和静荷载共同作用的受力计算，当配筋满足规范要求时，其允许延性比[β]可取3.0计算。

人防地下室楼盖在等效静荷载和静荷载共同作用下，无梁楼盖的内力分析宜采用等代框架法，也可采用经验系数法。当按弹性受力状态计算内力时，可将支座负弯矩下调10%~15%，并按平衡条件相应上调跨中正弯矩。

楼盖支承在钢筋混凝土墙或柱上，无梁楼盖分纵、横两个方向的柱上板带和跨中板带进行配筋。板带的区格划分按下图所示：

考虑拱效应的影响，对跨中截面的计算弯矩均可乘以0.9的折减系数。若板的计算中已计入轴力的作用，则不应再乘以折减系数.

当无梁楼盖的跨度大于6米，或其相邻跨度不等时，冲切荷载设计值应取等效荷载和静荷载共同作用下求得冲切荷载的1.1倍。

沿柱边、柱帽边、柱托边、板厚变化及抗冲切钢筋配筋率变化部位，应安规范进行抗冲切验算。

五、无梁楼盖设计建议

地下车库的无梁楼盖计算工作完成后，在完成施工图设计过程中，还有一些容易忽略的问题应多加注意完善。

（1）端跨是地下无梁楼盖设计的重点

计算表明，采用无梁楼盖形式，第一跨中弯矩和第一内支座弯矩都是最大值，经验系数法的计算公式也能验证这一点。为减小边跨跨中弯矩，增强边柱和角柱的抗冲切承载力，该区域宜相应对计算钢筋提高放大系数。在外墙顶应设置暗梁，并加强处理，采用有暗梁的平板结构体系，利用暗梁受扭减少边柱和角柱节点内由于竖向荷载引起的弯矩和剪力。

（2）边支座设置端柱帽是保证端跨安全的重点

在一些设计中，在边跨未设置端柱帽，这种情况应在合理分析后才可采用。设置柱帽可以有效地提高边跨外支座板带的抗弯刚度，相比不变截面板带，柱帽将板带负弯矩提高，由柱帽形成的刚域来承担。经验系数法中很重要一点是，利用柱帽形成节点刚域减少板带计算跨度，柱上板带负弯矩是柱帽刚域边缘的削峰值，没有边支座柱帽就等于增加端跨板带计算跨度，计算就不能利用柱帽形成的有效宽度bce。

（3）冲切设计

覆土厚、荷载大的地下车库顶板，其厚度主要是由无梁楼盖的冲切控制，而不是柱上板带抗弯设计控制的，且不可因看到柱上板带配筋量少而轻易地减薄板厚，造成楼板冲切承载力不足而遗留安全隐患。当板厚受限制时，也可在板内配置箍筋或弯起钢筋。

六、工程应用示例

浙江宁海某广场地下室人防工程，建筑面积：9053m2，顶覆土1.2m。平时为汽车库，人防面积:8482m2，为甲类兼顾人防工程，抗力级别为防核武器6B级，防常规武器6级，划分为2个防护单元。本工程由于对车库净空要求，故采用无梁楼盖结构体系，采用等代框架法进行结构计算，柱网为8200x6600mm，梁板混凝土强度等级为C35，无梁楼板厚均为400mm，混凝土柱600x600mm。

结合实际进行荷载组合，分别对板的弯矩、抗冲切、挠度、配筋等结果进行计算，但程序还无法进行裂缝计算，这部分手工复核。并对柱上板带的柱边、柱帽边和跨中，跨中板带的支座边和跨中等正负弯矩最大的地方进行了验算。

本工程设计成图截取部分如下：

本人防地下室采用无梁楼盖结构体系，有效控制了建筑层高，节省了工程造价，加快了工程进度。目前工程已经竣工交付使用，无梁楼盖结构体系的经济效益和社会效益在本工程应用中得到了充分显现。

七、结束语

由于无梁楼盖设计是有针对性和限制要求的，计算方法也不是唯一的，所产生的计算结果也存在一定差异，设计人员在电算的基础上仔细分析结果的合理性，并采取合理可靠的构造措施，才能让设计更安全可靠。

参考文献：

[1]GB50038-2005人民防空地下室设计规范.北京：中国建筑工业出版社，2005

[2]曹继勇张尚根.人民防空地下室结构设计.北京：中国计划出版社，2006

[3]防空地下室结构设计手册.北京：中国建筑工业出版社，2008