無梁樓蓋結構在超高層建筑地下室車庫中的應用分析

林南金

（身份證號：441422198603024271）

1 工程概況

復星南方總部項目AH040223地塊位于海珠區，南臨琶洲大街東，西靠海洲路，東側、北側為規劃路。由1棟48層的超高層辦公塔樓（簡稱“北塔”建筑高度207.15m，幕墻頂230m。）和1棟10層的高層辦公樓（簡稱“北小塔”建筑高度48.05m，幕墻頂60m。）組成。北塔結構體系為框架-核心筒結構，結構整體呈方形，平面規則；北小塔采用鋼筋混凝土框架結構，結構整體呈方形，平面規則。北塔和北小塔在首層～三層范圍局部有裙房。兩棟塔樓在在裙樓范圍內建筑功能為商業及辦公，塔樓區域為辦公。本項目共設有4層地下室，L1層（即首層）為辦公大堂、商業、沿街騎樓商鋪，層高6.7m，北塔辦公大堂通高兩層；B1層（-1層）：為商業、后勤區、貨車卸貨區、非機動車庫、消防水池、電設備房等，建筑層高6.2m；B2層、B3層及B4層主要為停車庫及部分機電設備房。其中B4層為人防區，人防設計面積為6075m2。B2層建筑層高3.7m，B3、B4層建筑層高均為3.6m。該項目總用地面積10075m2，總建筑面積為141955m2，其中地上建筑面積112642m2，地下建筑面積29313m2。

2 結構布置

本項目共設4層地下室，B1層頂板樓蓋采用主、次梁結構，單向雙次梁方案；B4～B2層因建筑層高所限，考慮設備管線凈高等因素，除北塔塔樓區域外均采用無梁樓蓋結構板厚為250，梁板混凝土強度等級為C35。本文僅對B2層作論述，應注意的是在樓、電梯間等較大開洞時，洞口周圍宜設置框架梁或邊梁，同時梁的箍筋全長加密以提高其抗扭承載力，B2層結構平面布置見圖2，板柱節點在垂直荷載作用下的受沖切承載力按《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）計算。

3 無梁樓蓋的主要計算方法

板柱結構在水平和垂直荷載作用下內力和位移計算，宜優先采用有限元空間模型的計算方法，亦可采用經驗系數法、等代框架法或其他計算方法。

3.1 經驗系數法

滿足下列條件時，在垂直荷載作用下板柱結構的平板的內力可用經驗系數法計算：

（1）每個方向至少有3個連續跨；

（2）活荷載為均布荷載，且不大于恒載的3倍；

（3）同一方向上的最大與最小跨度之比不大于1.2；

（4）任一區格內的長、短邊之比不大于1.5。

采用經驗系數法時，應先計算垂直荷載作用下板的總彎矩設計值，按柱上和跨中板帶彎矩分配值分別確定柱上和跨中板帶的彎矩設計值。

對X方向板的總彎矩設計值，按下式計算：Mx=q1y（1x-2C/3）2/8。

對Y方向板的總彎矩設計值，按下式計算：My=q1y（1y-2c/3）2/8。

式中：

q——垂直荷載設計值；

1x、1y——等代框架梁的計算跨度，為柱中心線之間距；

C——柱帽在計算彎矩方向的有效寬度，無柱帽時，取C＝柱截面寬度。

3.2 等代框架法

當不滿足經驗系數法規定的條件時，在垂直荷載作用下，板柱結構的平板內力可采用等代框架法計算：

（1）等代框架的計算寬度，取垂直于計算跨度方向的兩相鄰平板中心線之間距；

（2）柱帽的等代框架梁、柱的線剛度，可按現行國家標準《鋼筋混凝土升板結構技術規程》（GBJ130-90）的相關規定；

圖1 立面效果圖及平面圖

圖2 B2層結構平面布置圖

（3）縱、橫向每個方向的等代框架均應承擔全部作用荷載；

（4）宜考慮活荷載的不利組合。

等代框架在垂直荷載作用下板的彎矩，當平板的任一區格長邊與短邊之比不大于2時，可按規范規定分配給柱上板帶和跨中板帶；有柱帽時，支座負彎矩宜取剛域邊緣處之值，邊支座和邊跨中的彎矩除外，分配給各板帶上的彎矩應乘以系數0.8。

3.3 有限元計算方法

本項目無梁樓蓋結構采用盈建科軟件進行計算分析設計時，建模時需布置虛梁和柱帽；上部結構計算時采用模型為彈性板6，彈性板荷載計算采用有限元；樓板設計時采用有限元計算。主要步驟如下：

3.3.1 建模時布置虛梁及柱帽

對無梁樓蓋，仍按照普通樓層的建模方式，對無梁樓蓋部分輸入虛梁及柱帽。

3.3.2 布置虛梁指示板帶位置

無梁樓蓋因無梁，柱間需布置虛梁。虛梁的作用一是生成樓板，作用二是指定柱上板帶的位置，軟件自動生成的柱上板帶是沿虛梁布置的。且虛梁的剛度很小，軟件不會對其做設計，對整體計算基本沒影響。無梁樓蓋由板和柱、墻組成，此種結構體系僅有采用有限元計算才能得到較符合實際的結果，墻和樓板采用殼單元，柱采用桿單元。

有限元法計算板配筋可在樓板施工圖模塊進行，柱上板帶寬度越小則跨中板帶的寬度越大。正常的跨中板帶主要承受板的正彎矩，因此下部鋼筋計算結果較大，而上部鋼筋一般為構造鋼筋；同樣柱上板帶的中間部位也主要承擔正彎矩和配置下部鋼筋，上部鋼筋也應為構造鋼筋。但是當樓板負彎矩區域大于柱上板帶的寬度時，伸出部分的負彎矩鋼筋的計算結果將決定跨中板帶的上部鋼筋配置，或者柱上板帶頂部貫通鋼筋的配置，從而出現板頂鋼筋配置過多的結果。柱帽沖切計算可在上部結構計算模塊進行，上部結構計算時，柱的沖切計算考慮了上部結構中所有的荷載組合，無柱帽時為柱對板的沖切計算；有柱帽時包括柱對柱帽、柱帽對板的沖切計算。通過有限元計算分析，本項目初定的柱帽尺寸及樓板厚度均滿足沖切計算要求，樓板通長鋼筋可按最小配筋率控制，雙層雙向配置12@200的通長鋼筋，柱上板帶及跨中板帶局部需附加鋼筋，配筋合適。

3.4 無梁樓蓋應采取的主要構造措施

（1）無梁樓蓋樓板一般是等厚的，當不驗算板的變形時，板的最小厚度為150mm，且板厚與板短邊跨度之比，有柱托板時為1/32～1/40，無柱托板時為 1/30～1/35。

（2）柱托板的長度、厚度應按計算確定，且每向長度不宜小于板跨度的1/6，厚度不宜小于板厚度的1/4，托板每向長度尚不宜小于同方向柱截面寬度和4倍板厚之和，托板總厚度不應小于柱縱筋直徑的16倍。

（3）設置柱托板時，非抗震設計時托板底部宜設置構造鋼筋；抗震設計時托板底部鋼筋應按計算確定，且應滿足抗震錨固的要求。計算柱上板帶支座處的配筋時，可考慮托板厚度的有利貢獻。

（4）無梁樓板局部開洞時，應驗算承載力和剛度。當未作專門分析時，在板的不同部位開單個洞的大小應符合相關規范的要求。當在同一部位開有多個洞口時，應確保在同一截面上各洞寬之和不應大于該處單個允許洞度，各洞邊均應配置鋼筋補強。

4 結束語

無梁樓蓋結構當采用有限元方法計算時，應采用合適的柱托板尺寸及樓板厚度，無梁樓蓋樓板在滿足柱帽沖切承載力要求的情況下，應使樓板按最小配筋率配置通長鋼筋，僅柱上板帶或者跨中板帶局部附加鋼筋，可達到節省樓板鋼筋造價的目的；經驗系數法簡單實用，易于掌握可直接手算，此法只適用于規整結構；等代框架法與經驗系數法的主要區別為需先計算等代框架的支座和跨中的彎矩，再分配到柱上板帶和跨中板帶?，F有文獻對無梁樓蓋結構設計具有限制性和針對性，計算結果也存在差異。設計人員應根據軟件計算結果合理分析，采取有效的構造措施，確保結構的安全。