地下室无梁楼盖设计

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[关键词] 结构方案选择 荷载取值 有限元分析 冲切计算 构造措施

1 工程简介

某地下室为地下一层独立车库，总建筑面积为1479。该地下室车库底板板面标高-4.700 m，顶板板面标高-1.500 m，顶板上有1.200 m覆土，室外地面标高为-0.300 m，剖面图见图1。在室外（地下室范围内）C轴与D轴间及A轴与B轴间区域为消防车道，其余区域均为植物种植区。

本工程建筑设防烈度6度，设计基本地震加速度值为0.05g, 设计地震分组为第一组，建筑抗震设防类别为丙类，结构设计使用年限为50年，建筑安全等级为二级，框架抗震等级为四级，场地类别为Ⅱ类。主体结构为板柱抗震墙体系，基础采用平板式筏板基础（带反柱帽）。所有构件混凝土强度等级均为C30防水混凝土（后浇带为C35防水混凝土），抗渗等级底板和侧墙为S8，顶板为S6。钢材采用HPB235（fy=210N/mm2）,HRB335(fy=300N/mm2), HRB400(fy=360N/mm2)三种。

主要活荷载标准值[1]为：地下室顶板14.3KN/，其余5KN/，地下室底板2.5KN/。

图1地下室剖面图

2 结构方案选择

因场地原因限制了坡道的长度，从而限定了地下室底板的标高，同时因开发商对功能的要求及其它相关专业的需求顶板标高也被限制了。满足建筑空间高度要求的最佳方案为无梁楼盖结构。

3 消防车道荷载取值

地下室顶板为双向板，按《建筑结构荷载规范》规定消防车道荷载取值应为20KN/m2,同时顶板上覆土1.2米，这样大的荷载将会使顶板做的很厚同时板配筋量很大。根据《荷载规范》第4.1.1条注1说明：“当荷载较大或情况特殊时，应按实际情况采用。” ，可利用地下室顶板上较厚覆土对消防车轮压的扩散作用对活荷载进行适当折减[3]。

根据《荷载规范》第4.1.1条文说明，消防车全车总重300KN，最大轮压P=60KN，轮胎着地尺寸为0.6mx0.2m。消防车道板跨为5.0mx8.0m，考虑两辆车并排通过（见图2）。消防车道荷载扩散后经折减的活荷载计算公式[1]如下：

bx=(1.8x2+0.7+0.2)+2s+h

by =(1.4+0.6)+2s+h

q=8x60/ (bxx by) (3-1)

其中s为覆土厚度，h为顶板厚度。由（3-1）计算得折减后消防荷载为13.700KN/m2。

图2两台消防车荷载作用布置图

4 有限元分析计算

首先通过PKPM的SATWE建立整体三维模型。需要注意的是，在柱上板带应布置截面尺寸为100x100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。同时要定义楼板为弹性楼板。

然后运用复杂楼板有限元计算模块SLABCAD进行无梁楼盖的有限元分析计算。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精度产生一定的影响，对此工程取1000mm较合适。顶板开洞对柱上板带和跨中板带的配筋有很大的影响，应按实际情况输入。

根据计算结果与构造要求设计无梁楼盖。

5抗冲切计算

抗冲切计算是无梁楼盖最重要的内容。为加强板柱节点的抗冲切承载力，一般可以采取以下措施[2]：

（1） 将板柱节点附近板的厚度局部加厚或加柱帽。

（2） 可采用穿过柱截面布置板内的暗梁，暗梁由抗剪箍筋与纵筋组成。

（3） 可采用互相垂直并通过柱子截面的型钢焊接而成的型钢剪力架。

此工程采用加柱帽的方式加强板柱节点的抗冲切能力。在局部荷载或集中反力作用下不配置箍筋或弯起钢筋的板，其受冲切承载力应符合下列规定[4]：

Fl≤0.7βhftηumh0/γRE (6-1)

公式(6-1)中的系数η，应按下列两个公式计算，并取其中较小值

η1=0.4+1.2/βs

η2=0.5+αsh0/4um (6-2)

式中

Fl--局部荷载设计值或集中反力设计值；对板柱结构的节点，取柱所承受的轴向压力设计值的层间差值减去冲切破坏锥体范围内板所承受的荷载设计值。当有不平衡弯矩时，应按《混凝土结构设计规范》附录G规定确定。

βh--截面高度影响系数：当h≤800mm时，取βh=1.0；当h≥2000mm时，取βh=0.9,其间按线性内插法取用。

ft--混凝土轴心抗拉强度设计值。

um--临界截面的周长：距离局部荷载或集中反力作用面积周边h0/2处板垂直截面的最不利周长。

h0--截面有效高度，取两个配筋方向的截面有效高度的平均值。

η1--局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数。

η2--临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数。

βs--局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不宜大于4；当βs

αs--板柱结构中柱类型的影响系数：对中柱，取αs=40;对边柱，取αs=30;对角柱，取αs=20。

γRE --承载力抗震调整系数，取0.85。

当受冲切承载力不满足（6-1）要求时且板厚受到限制时，可配置箍筋或弯起钢筋。此时，受冲切截面应符合下列条件[4]：

Fl≤1.05ftηumh0/γRE(6-3)

配置箍筋或弯起钢筋的板，其受冲切承载力应符合下列规定：

（1）当配置箍筋时

Fl≤(0.35ft+0.15σpc,m)ηumh0+0.8fyvAsvu (6-4)

（2）当配置弯起钢筋时

Fl≤(0.35ft+0.15σpc,m)ηumh0+0.8fyAsbusinα(6-5)

式中

Asvu--与呈45°冲切破坏锥体斜截面相交的全部箍筋截面面积；

Asbu--与呈45°冲切破坏锥体斜截面相交的全部弯起钢筋截面面积；

α--弯起钢筋与板底面的夹角。

6 主要构造措施

（1） 防止无梁板脱落的措施[2] [5] 。在地震作用下，无梁板与柱的连接是最薄弱的部位。在地震反复作用下易出现板柱交接处的裂缝，严重时发展成为通缝，板失去支承而脱落。为防止板完全脱落，沿两个主轴方向均应布置通过柱截面的板底连续钢筋，且钢筋的总截面面积应符合下式要求：

As≥NG /fy(7-1)

式中

As--通过柱截面的板底连续钢筋的总截面面积。

NG 在该层楼面重力荷载代表值作用下的柱轴向压力设计值。

fy --通过柱截面的板底连续钢筋的抗拉强度设计值。

（2） 配筋构造[2] [5] 。抗震设计时，除按计算外，柱上板带的跨中区格内的板面钢筋一般可将柱上板带的支座钢筋不少于1/3拉通。柱上板带的板底钢筋宜在距柱面为2倍纵筋锚固长度以外搭接，钢筋端部宜有垂直于板面的弯钩。

边角区格内板的边支座负筋，应满足在边梁内的抗扭锚固长度。

（3） 柱帽构造[2]。柱帽厚度：当采用托板式柱帽时，托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1/6，其厚度不宜小于1/4无梁板的厚度，抗震设计时，托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度与4倍板厚度之和，托板处总厚度尚不宜小于16倍柱纵筋直径。设置托板式柱帽时，抗震设计时托板底部钢筋应按计算确定，并应满足抗震锚固要求。

（4） 边梁构造。板柱-剪力墙结构周边框架梁配筋应满足抗扭计算要求，截面高度不应小于2.5倍板厚，箍筋直径不小于6mm，间距不大于150mm，且在离柱边两倍梁高范围内间距不应大于100mm[2]。

（5） 柱子构造。柱截面较小边不小于350mm，柱的剪跨比应大于2，柱截面高宽比不宜大于3。柱应按双偏压构件进行截面设计，其内力应取地震作用下一个方向为100%和另一个方向为30%的内力与其他荷载作用下的组合值[2]。

7 结语

（1） 通过分析计算对消防车道荷载进行了合理的折减。运用PKPM的SATWE建立三维模型，运用“复杂楼板有限元计算”SLABCAD模块进行楼盖的有限元分析计算。

（2） 介绍了抗冲切措施和抗冲切计算理论及公式。

（3） 讨论了无梁楼盖的主要构造措施。