浅谈单层无梁楼盖地下车库主体结构的设计

　　摘要：运用PKPM软件进行无梁楼盖结构的设计，对软件中参数及结果的合理取用给出建议，并结合实际工程提出设计建议。
　　关键词：无梁楼盖，SLABCAD，柱帽，柱上板带，跨中板带
　　1概述
　　无梁楼盖是地下建筑中常见结构形式，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整体性好、建筑空间大，可有效地增加层高，减少地库埋深等优点。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。因此，采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。
　　2设计步骤及参数的合理取用
　　对无梁楼盖这种结构来说，其设计计算主要分为两块：结构整体的空间结构分析和无梁楼盖本身的分析计算。目前，PKPM系列结构设计软件对这两方面的设计都已经有比较成熟的分析方法。下面我就此分别做一些介绍：
　　2.1无梁楼盖的整体三维计算
　　无梁楼盖结构的整体计算可按框架结构模式通过PKPM软件中的SATWE软件进行。但需要注意的有三点：
　　一是荷载的合理输入，按照《08版SLABCAD用户手册和技术条件》的说明，旧版程序楼板自重是包含在恒载中输入的，新版本程序将自动根据板厚计算楼板自重，因此在面均布恒载中不应该包含楼板自重。
　　二是框架梁的输入，在PMCAD人机交互式输入时，除在边界处及楼梯等开洞处应布置实梁外，其余轴线部位应布置截面尺寸为100*100的矩形截面虚梁。这里布置虚梁的目的有二：其一是为了SATWE软件在接力PMCAD的前处理过程中能够自动读取楼板的外边界信息；其二是为了辅助弹性楼板单元的划分。虚梁没刚度，所以虚梁不参与结构的整体分析，实际上SATWE的前处理程序会自动将所有的虚梁删掉。
　　三是特殊构件的补充定义，楼板要定义成“弹性板6”，在此基础上，SATWE软件能真实模拟楼板平面内和平面外的刚度，我们就可以直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算。另一点需要注意的是，由于在此定义了弹性楼板，我们必须选择“总刚算法”进行计算。
　　2.2楼盖的设计计算
　　无梁楼盖的整体分析计算完成后，我们可以利用特种结构中的“复杂楼板分析与设计软件”SLABCAD模块进行楼盖的分析计算。首先点取第一步“楼板数据生成及预应力信息输入”菜单来生成有关的计算数据，并将相应的计算条件及计算参数进行定义。当然，此时必须注意的是：由于有限元的计算原理所致，对于楼板的有限元划分长度不一样可能会对计算结果及精度产生一定的影响。同时我们还可补充输入无梁楼盖的其它数据，如楼板的洞口及柱帽等特殊构件，并可对楼板不同部位的板厚进修改；同时，我们还可以在楼板上添加任意的荷载，包括在PMCAD建模时无法输入的板上的任意线荷载及点荷载；此外，我们还可以输入支座沉降及约束等补充数据。SLABCAD的补充数据输入完毕后我们就可以通过第二步“楼板分析与配筋设计”菜单对无梁楼盖进行设计计算了。对无梁楼盖的计算内容主要包括楼板的内力、位移、配筋计算及板的冲切验算等。计算完毕后再通过第三步“分析结果输出与图形显示”菜单查询其计算结果，此步骤中显示的主要是内力、配筋的点值等原始数据，在第四步“板带交互设计及验算”中，所有的显示结果会按照板带宽度的划分以梁的形式表现出来，比较直观。
　　3工程实例
　　3.1工程概况
　　嘉宝永翔新苑动迁房基地，总建筑面积25万平米，该小区为一个单层独立地下车库，为双层机械式停车，该地下车库长约105m,宽约85m,顶板标高-1.200m,层高4.2m，顶板平均覆土厚度0.9m，典型柱网为5.7mx8.1m,6.1mx8.1m，结构形式采用板柱结构体系。此工程位于上海市嘉定区，抗震设防烈度7度，上海Ⅳ类土，特征周期Tg=0.9s。平面施工图部分截取如下：
　　
　　
　　3.2板柱结构体系构件截面的选定
　　板柱结构体系中柱截面主要由轴压比控制，此工程中柱选500x500混凝土柱；无梁楼板的板厚除应满足抗冲切要求外，尚应满足刚度及挠度的要求，其厚度抗震设计时不应小于200mm,一般按L/35~L/30初步确定；柱帽及柱上托板的尺寸由板的受冲切承载力决定，其外形需兼顾建筑外观要求，柱帽有效宽度bce一般为0.2~0.3L,对于中级荷载，经济合理的柱帽宽度a为0.35L,合理值的柱帽有效宽度bce为0.22L。所以本工程中，楼板厚度h=350mm,柱帽总厚度为h=600mm，柱帽平面尺寸为2.2mx2.8m,详见附图：
　　
　　3.3计算结果的分析与取用
　　计算结果中，板的抗冲切、挠度、配筋等结果可直接选用，但程序还无法进行裂缝计算，这部分需要手工复核，通常我们要分别对柱上板带的柱边、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验算，柱帽区域内弯矩取值时可按弯矩点值取平均值计算，柱帽区域外取验算部位的最大值，举例如下：
　　
　　X向柱上板带裂缝验算弯矩及验算截面取值：
　　M柱边支座=（182.27+577.52+195.35）/3=318.38KN.M/Mbxh=1000x600
　　M柱帽边支座=（103.47+84.28+115.08）/3=100.9KN.M/Mbxh=1000x350
　　M跨中板底=77.51KN.M/Mbxh=1000x350
　　其余部分按《混凝土结构设计规范》第8章第1节规定进行计算即可。
　　4设计建议
　　综上所述，一个无梁楼盖地下车库的计算工作基本完成，但在完成施工图
　　设计的过程中，还有一些容易忽略的问题总结如下，供设计人员参考：
　　4.1端跨是地下无梁楼盖设计的重点
　　计算表明，无论采用何种无梁楼盖形式，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，在建筑平面布置允许的条件下，宜将无梁楼板伸出边柱的外侧，伸出长度（从板边缘至外柱中心）不宜大于伸出方向跨度的0.4倍。当楼板不能外伸时，应采用有边梁的平板结构体系，利用边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。
　　4.2边支座设置端柱帽是保证端跨安全的重点
　　在一些设计中，设计人员在边跨未设置端柱帽，这种情况应在合理分析后方可采用。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。如果采用经验系数法设计，取消该柱帽还会造成实际结构模型与计算假定不相符。经验系数法中很重要一点是，利用柱帽形成的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，计算时就不能利用柱帽形成的有效宽度bce。笔者认为边跨跨度小于内跨，墙内边到第一内支座刚域处的长度小于（L-2bce/3）时，才可以考虑取消设置边支座柱帽。
　　4.3冲切设计
　　厚覆土、大荷载的地下车库的顶板，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，造成楼板的冲切承载力不足而造成安全隐患。等厚度板的受冲切承载力的验算位置，应取距柱边h0/2处的冲切临界截面；对带柱帽的不等厚度平板，除了要验算上述临界截面的受冲切承载力之外，尚应验算距离柱帽边缘h0/2处板的受冲切承载力；当板厚受限制时，也可在板内配置箍筋或弯起钢筋。受冲切截面的控制条件及受冲切承载力计算，应按照《混凝土结构设计规范》第7章第7节规定进行。
　　5结束语
　　现有文献对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，设计人员应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中华人民共和国国家标准，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
　　2中华人民共和国国家标准，《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）
　　3 中华人民共和国国家标准，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）(2008版)
　　4 建设部工程质量安全监督与行业发展司，中国建筑标准设计研究所，编《全国民用建筑工程设计技术措施—结构》
　　5 中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编《复杂楼板分析与设计软件用户手册及技术条件》
　　6 李国胜编《多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例》