无梁楼盖受力特性浅析

无梁楼盖受力特性浅析

胡金洲

广州市住宅建筑设计院有限公司  广东广州  510000

摘 要：无梁楼盖结构体系，由于其在控制净高的优越性等特性，广泛应用于国内地下室结构中。但由于无梁楼盖的节点薄弱、倒塌连续性等，结构设计存在误差或施工控制不到位时容易引发无梁楼盖体系的连续倒塌事故。本文从无梁楼盖的优缺点、受力特性出发，浅析无梁楼盖受力特性的一些关键点及分析方法，并结合YJK盈建科无梁楼盖模块浅析无梁楼盖实际工程配筋设计的一般操作方式。

关键词：无梁楼盖；板带划分；冲切；不平衡弯矩

1 无梁楼盖的特点

1. 1 无梁楼盖的优点

(1)由于体系不存在结构梁，能有效的减小结构顶板高度(约400~500mm)，有效地减小车库埋深。

(2)车库内顶棚平整美观，有利于敷设风管、喷淋水管及电气管线等。

(3)施工模板简单，能加快施工进度。

(4)综合技术经济指标较好。

1. 2 无梁楼盖的缺点

(1)无梁楼盖的节点较弱。

(2)长期荷载作用下的挠度偏大。

(3)由于是无侧移结构体系，在地震区宜慎用。

(4)无梁楼盖局部破坏会引起连续倒塌破坏。

1. 3 预应力无梁楼盖的优点

预应力筋能够加强结构的刚度，减少板厚，扩大结构体系的受力跨度等。

2 无梁楼盖受力分析

2. 1 板带划分

按照受力的方式，将无梁楼盖划分为柱上板带和跨中板带。柱上板带更多的是类似一个支座的概念。

2. 2 无梁楼盖受弯分析与暗梁的作用

无梁楼盖受力分析，一个是受弯分析，用于指导配筋设计等；另一个是冲切分析，用于控制板厚、柱帽厚度、托板厚度、节点安全等。

受弯分析，存在两种常用的方法。

(1)按经验系数手算法[1]计算：先算出垂直荷载产生的板的总弯矩设计值，然后按柱上板带和跨中板带弯矩分配系数确定柱上板带和跨中板带的弯矩设计值。相关系数参照《全国民用建筑工程设计技术措施－结构（混凝土结构）》(2009年版)使用。经验系数法，作用一种经典的算法，经过多个实际项目论证，可以作用其他计算方法的对比校核依据

(2)有限元计算方法：现阶段结构基础设计软件，例如YJK等，给出了基于有限元分析的无梁楼盖受弯分析算法。通过实际项目，对比有限元算法与经验系数法的板带弯矩总和，有限元计算方法结果值偏小(结果偏小的原因是部分弯矩直接传到竖向构件上)，但结果误差在工程允许的范围内，该方法具有一定的可行性。某实际工程某标准板跨的对比结果如下表1所示。

表1  经验系数手算法与有限元计算方法对比表

无梁楼盖板带弯矩分析分配完毕后，通过弯矩传递传到竖向构件上。梁板结构弯矩的传递主要靠结构梁将板弯矩传到竖向构件，而无梁楼盖弯矩的传递，主要靠连接结构柱的暗梁[2]。要保证暗梁在弯矩传递时发挥作用，一个关键因素是足够的板厚，以保证足够刚度。

2. 3 无梁楼盖冲切分析与不平衡弯矩的作用

无梁楼盖的节点较弱，节点的破坏是一种冲切破坏。冲切破坏是一种脆性破坏，且先于受弯破坏发生，故无梁楼盖的冲切分析是一个重点的受力分析。

冲切分析中，一个关键点是冲切临界截面的正确选择，常见板的冲切临界截面如下图1所示。

图1 常见板的冲切临界截面(h0为板的截面有效高度)

冲切分析的另一个关键点是不平衡弯矩对冲切的影响，不平衡弯矩有两个来源：①柱两侧的不等柱跨；②柱两侧的不等荷载。例如，施工时的不规范的局部堆载，会造成柱位处的冲切超限，从而引发连续倒塌事故，故近年来国内越发重视无梁楼盖施工的工程质量安全管理[3]。

2. 4 无梁楼盖最小厚度的控制

无梁楼盖的基本厚度是水平弯矩传递到竖向构件的保证。双向无梁楼盖平板最小厚度不应小于150mm；配置抗冲切栓钉、抗冲切钢筋或型钢剪力架时，板的厚度不应小于200mm。托板或柱帽根部的厚度(包括板厚)不宜小于柱纵筋直径的16倍。

3 浅析通过YJK无梁楼盖模块进行配筋设计

通过YJK盈建科软件的无梁楼盖模块，可以实现一般无梁楼盖结构的配筋设计操作，如下图2所示。

图2 通过YJK无梁楼盖模块进行配筋设计的方法

如上图所示，YJK软件提供了两种无梁楼盖配筋设计的方法：①板带积分法；②有限元计算方法。两种方法的配筋结果几乎一致，设计时建议包络配筋。

其中，通过某实际工程对比经验系数手算法与YJK板带积分法的配筋结果，可以发现经验系数手算法配筋结果是YJL板带积分法配筋结果的1.1倍左右，建议采用YJK软件配筋结果放大1.1倍后进行配筋设计。具体对比结果如下表2所示。

表2  经验系数手算法与YJK板带积分方法对比表

参考文献

[1] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司.2009全国民用建筑工程设计技术措施．结构．结构体系．= Structure[M].中国计划出版社,2009.

[2] 建筑抗震设计规范:GB50011-2010[S].2016年版.北京：中国建筑工业出版社,2016.

[3] 住房城乡建设部办公厅关于加强地下室无梁楼盖工程质量安全管理的通知[J]. 工程质量,2018(3):5.