楼盖无梁楼盖地下车库结构设计若干关键理由

摘要：本文以实际工程为例，对无梁楼盖地下车库设计过程中的关键问题进行了介绍，如车库抗浮设计、无梁楼盖计算要点、独立承台+防水板基础的设计等内容。同时，特别分析了无梁楼盖受力分析过程中容易误解的几个问题。
关键词：无梁楼盖；防水板；独立承台；抗浮设计

1.工程概况

1.1本工程位于上海市闵行区梅陇镇，东面和南面为规划中的南方商务区；西面为合川路；北面为古美西路。
1.2地下车库建筑面积19100平方米，为单层无梁楼盖结构，层高3.55m；车库顶板覆土做种植绿化，覆土厚度根据景观起伏变化，厚度为1.0~1.4m。

2.结构顶板设计

2.1 结构顶板采用无梁楼盖结构体系

2.2无梁楼盖的计算方法

当前无梁楼盖计算方法主要有经验系数法、等代框架法和有限元计算法。
（1）经验系数法。经验系数法是在实验研究与实践经验的基础上总结出了两个方向截面总弯矩的分配系数，并将截面弯矩分配给柱上板带和跨中板带，并按分配的弯矩计算各自的配筋。该方法简洁方便，物理概念明确。使用经验系数法时应满足以下检测定条件：a.楼盖每个方向至少应有3个连续跨；b.同一个方向上的最大与最小跨度比不应大于1.2；c.楼板区格应为矩形，任一区格的长短跨之比不应大于1.5；d.活荷载为均布荷载，且不应大于恒荷载的3倍。
（2）等代框架法
等代框架法是将无梁楼盖沿着纵横柱列方向划分为纵向和横向的等代梁，与柱子形成等代框架。等代梁的高度取板厚；在垂直荷载的作用下，等代梁的宽度取等于板跨中心线的距离；在水平荷载作用下，等代梁的宽度取等于板跨中心线间距离的一半。对等代框架用简化方法或程序计算后，将等代梁的弯矩值按照一定的系数分配给柱上板带和跨中板带。将无梁楼盖体系等代成普通框架结构，可利用有限元程序分析空间框架结构，得到比较精确的总体楼板弯矩值，然后根据分配系数计算出各个界面的内力值。
（3）有限元法
用有限单元法计算无梁楼盖应通过计算机实现。具体程序可采用PKPM-SLABCAD等软件。使用PKPM-SLABCAD时应注意：a.在PKPM人机交互输入时，原来输入框架梁的部位应布置100x100截面的虚梁，用于划分有限元网格。b.在SATWE程序中还应将无梁楼盖的楼板定义成弹性板6，用于计算柱子配筋时考虑楼板的平面外刚度，SATWE运算结果可以直接采用柱子配筋。c.在SLABCAD模块中的参数进行合理的设置，例如柱帽应按实际输入，以考虑板柱节点的刚域；

2.3计算方法的选取

三种计算方法各有特点，经验系数法和等代框架法适合规则结构进行手算，有限元法适合精细的计算。实际工程应用可采用有限元法进行建模计算，效率很高，此时应选取代表轴跨采用手算方法进行复核，以有一个宏观的把握控制。

3.布桩及车库外墙设计

3.1抗浮布桩设计

地下水按室外地下0.5m计算浮力，将结构整体恒荷载和自重进行统计，按以下公式进行计算：

1.1F浮-G恒

3.2抗压布桩设计

地下水位按室外地下-

1.5m计算浮力，将全部活荷载及恒荷载和自重进行统计，计算出需要的桩数量。

最终柱下需要多少桩，根据抗浮和抗压计算选取大值确定。

3.3车库外墙按一般地下室外墙进行设计。

4.结构底板设计

4.1基础形式选取

因地下水位较高，底板采用防水混凝土整体浇注，同时采用混凝土预制桩解决抗浮问题，车库基础形式为独立承台+防水板，将独立承台与防水板整体浇注。

4.2基础受力分析

（1）防水板，顾名思义就是防水的混凝土板，它的作用仅仅是防水并不承担土体反力，有别于筏板基础。防水板施工时应在地基土上先铺一层聚苯板，然后再做混凝土板，这样可避免结构沉降时土体对底板产生反力。实际设计时对于聚苯板有些条件下是可以不铺的，例如上海等软土地基下，车库采用桩基础，此时沉降较小且土质松软，一般不会产生太大土体反力。
（2）桩本身根据地下水位的高低来承担拉力或压力。
（3）独立承台承担桩的作用力和防水板传来的弯矩和剪力。
地下水位的变化会引起桩和底板的承载比例，地下水位下降，桩压力增加，底板水压力减少；反之，桩压力减少，底板水压力增加。一般来讲高水位时对承台更为不利，因为此时水压力作为均布荷载作用于整个板跨，而桩反力为集中力作用在距离支座较近处；但若为两桩承台，一个方向有桩，另外的一个方向无桩，此时有桩的方向可能在低水位时更为不利。另外防水板在无地下水时还承受下压荷载。
根据以上底板受力分析，选取两个水位状况进行计算，即室外地下0.5m和水位位于底板底面以下（无水时）。

4.3基础配筋计算

防水板计算方法同无梁楼盖；承台则将防水板支座弯矩与桩产生弯矩叠加，然后根据得出弯矩进行配筋计算。

5. 无梁楼盖的几个问题分析

（1）若采用有限元分析，板带的划分可不必采用常规做法，可根据有限元分析结果进行配筋设计并进行合理归并即可。通常的板带划分法及弯矩分配系数其实就是归并的方法。
（2）无梁楼盖结构一般规定禁止做单跨结构，但有些情况下的单跨是可以做的。例如：一边为墙体支座，另一侧为墙体或梁等连续支座，此时楼盖应按普通单向板设计。无梁楼盖与普通楼板的区别在于支座的不同，一个是点支撑另一个是线支撑，因为支座的不同而带来传力的不同。
（3）车库顶板在侧墙的支座处，因支座变为线支撑，受力带来一定变化，配筋时应注意。
（4）无梁楼盖与有梁楼盖本质上是一样的，下边图1反应的模型非常有意思：图2将两侧板支座用锯子各锯一条缝，那此时受力状态就发生变化，双向板变为单向板，此时L1方向（水平向）柱上班带内力分配系数为0，跨中板带内力分配系数即为1；L2方向（竖向）柱上班带内力分配系数为1，跨中板带内力分配系数为0。以上模型检测定L1，L2相对于板刚度足够大，若L1，L2刚度与板接近且板与梁间的缝隙变短，此时将变为无梁楼盖，内力分配系数将进行调整。
图 1
（5）无梁楼盖在计算时有个地方容易误解，即在经验系数法或等效框架法计算时，在x方向和y方向都用了荷载（g+q），是否重复了，有人甚至提出荷载应该减少一半，认为通常的计算方法过于保守。产生这个疑问的根源是错误的把双向板中荷载在两个方向分配的概念带到无梁楼盖结构中来了。无梁楼盖结构中，楼盖的支座为柱子，为点支撑，荷载直接根传至柱子，不存在荷载在两个方向分配的问题。理论上讲实际配筋应该根据主拉应力

摘自：学术论文翻译www.udooo.com

方向进行配筋，那实际会变成环形和放射形，此时施工很难操作，因此还是采用双向布置钢筋，此种做法类似于梁的箍筋配筋方法。因为实际采用双向配筋，所以又容易理解成双向板中荷载两个方向分配的问题。图1表达的模型有助于理解这个问题，L1方向计算时采用全体荷载的x方向弯矩，此时可保证楼板在L2处不会破坏，但L2作为楼板的支座是否会被破坏呢，所以还需采用全体荷载的y方向弯矩计算L2的配筋以保证L2的安全。所以x向和y向互为支座。
6.结语
在实际工作和学习中我们往往首先遇到的是有梁普通楼盖，由于容易先入为主，造成我们在楼盖受力分析问题上的思维定势，导致浅尝辄止。当后来遇到无梁楼盖时，总是以先前的理解方法去分析无梁楼盖问题，容易造成错误理解。本文通过实际工程为例，讨论了无梁楼盖的受力特点，并辅以简单模型来讲述无梁楼盖与有梁楼盖的统一性，同时加深了我们对有梁楼盖的理解。实际工程中，无梁楼盖类型的结构是普遍存在的，例如：柱下独立基础、柱下独立承台、当梁截面与楼板截面差别不大时的楼盖、筏板基础等，在实际设计时可将上述的分析成果应用其中，以更好的指导实践。
限于水平，不妥之处一定很多，欢迎批评指正。
参考文献
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