淺談地下室底板無梁樓蓋的設計

林錦灼

摘要：隨著市場經濟的發展進程不斷加快，人們生活水平的不斷提高，對于在居住環境中的地下室建設需求也越來越高。在我國高層建筑中地下室底板的施工大多采用的是有梁樓蓋，但這種施工形式的施工工藝復雜且用時長，為工程的建設帶來了很大程度上的不便。本文借助廣廈GSSAP對地下室底板的結構分析與設計的一個實例，為相內人士提供一些幫助。

關鍵詞：地下室底板、無梁樓蓋結構、有限元計算、廣廈GSSAP

引言：

在建筑工程中無梁樓蓋結構又稱為板柱結構，這是因為樓面荷載的設計是直接由板傳遞給柱再傳遞給柱下的。無梁樓蓋結構實現了縮短傳遞應力的路徑，在很大程度上增大了樓層的凈空。這就意味著此種結構與傳統的有梁式結構相比，它的整體結構性更好、建筑空間更大甚至還有可能增加層高的優勢。

1. 方案比較

在建筑工程中，地下室的底板的設計一般采用的是梁板結構。然而，在對其的施工過程中梁板需要做磚模，梁板結構的施工工序復雜，工期長，且不利于地下室底板的防水。無梁樓蓋是當前對地下室底板設計中常用一種結構形式，它的結構特點是沒有梁系設置，而是由板面載荷將應力傳遞給柱。這樣的板柱結構不僅可以有效的降低地下室整體結構的高度，還可以減少地下室梁土方開挖、磚模砌筑、底板的土層夯實等施工工序，這就意味著墊層以及防水的設置將更加便捷。此外，無梁板結構的自身設置也較為便捷，像是鋼筋的綁扎就很簡便。雙向板與無梁樓蓋的應用方式存在著很多聯系，像是跨度、荷載、施工進度、施工工序、經濟性、美觀性以及抗震能力等。據相關學者分析，在建筑工程中當活荷載大于5.0kN/m2時，地下室底板的無梁式樓蓋就比有梁式樓蓋更具經濟性。這是因為建筑工程中地下室的底板設計通常要考慮到地下水浮力的影響，如果活荷載較大那么有梁式的樓蓋的建設經濟效益就相對高一些。

2. 相關計算分析

無梁樓蓋的內力分析方法有按彈性理論和按塑性理論兩種，按彈性理論計算有薄板法、經驗系數法、等代框架法、有限元計算法等，其中等代框架法和有限元計算法是工程設計中常用的計算方法。

2.1等代框架法

等代框架法是將結構分別沿縱橫柱列方向劃分為具有"框架柱"和"框架梁"的縱橫向框架。將無梁樓蓋板視為梁，其寬度為：當豎向荷載作用時為板跨中心線間的距離；當水平荷載作用時為板跨中心線距離的一半。等代框架梁的高度即板的厚度。當不滿足經驗系數法的條件時，可采用等代框架法。等代框架法的適用范圍為任一區格跨度比不大于2。

2.2有限元計算法

有限元法是根據無梁樓蓋的柱上板帶、跨中板帶及柱帽尺寸，將無梁樓蓋劃分成若干細小單元，用板殼單元有限元程序進行求解。實際工程中常用PKPM的SLABCAD軟件與廣廈CAD通用有限元分析GSSAP軟件進行建筑工程的地下室底板設計。相對于經驗系數法和等代框架法，PKPM和廣廈CAD能考慮柱帽和洞口對剛度的影響；水平荷載作用下的內力；上下層結構對樓板的影響；按規范劃分板帶，并進行板帶的裂縫、應力、撓度驗算以及柱子、柱帽的沖切驗算；進行節點配筋和板帶配筋。

2.3實例

某工程一層地下室車庫（非人防），室外地面標高-0.300m，地下室底板面標高為-3.500 m，柱網8.5m×8.0m，初定底板厚度為500mm。通過廣廈CAD進行模型建立和GSSAP有限元分析計算。

廣廈圖形錄入系統中，在柱墻之間布置寬度為0的虛梁以形成板，板須在其設計屬性中指定計算單元為殼元。由于板上集中荷載和線荷載只能加到板邊緣，因此若要在板中加集中荷載或線荷載（如防火分區墻），先在相應位置增加虛梁，集中荷載或線荷載加在虛梁上。由于水荷載不就與活荷載在同一工況考慮，在底板荷載錄入時，分兩個不同工況計算模型進行計算，①向上水壓力（恒載）+重力恒載。②重力恒載+活荷載。柱對板的沖切驗算時中柱和角柱可自動判定，邊柱要人工在錄入系統的柱屬性中指定。通過計算，在圖形方式的板殼結果中分別查看①②兩個模型的每個節點兩個方向彎矩和配筋包絡，X向底筋的方向為鋼筋線的方向為X向，Y向底筋的方向為鋼筋線的方向為Y向。對比①②兩個模型的結果，按結果大的進行配筋，配雙層雙向14@150鋼筋網，柱上板帶支座板底另加12@300鋼筋（隔一布一），裂縫撓度均滿足規范要求。柱對板沖切剪切比，①②兩個模型結果柱板沖切比均大于1.0，滿足了沖切的要求。如果沖切比<1.0為不滿足要求，要設置柱帽。柱帽在錄入系統中設置，可結合基礎的承臺來輔助柱位置的加厚設計，既滿足了底板結構基礎的需要，又滿足了沖切的要求。

3. 構造要求

地下室底板當要滿足防水、抗滲要求時，應設計成防水混凝土，抗滲等級不得小于P6；厚度不少于250mm；裂縫寬度不得大于0.2mm，并不得貫通；迎水面的鋼筋保護層不少于50mm。地下室底板的墊層混凝土強度等級不應小于C15，厚度不應少于100mm，在軟弱土層中不應少于150mm。當地下室底板的伸縮縫的間距超規范要求時，應采取有效的抗裂措施，如：添加微膨脹劑，使混凝土成為補償收縮抗裂混凝土；加大結構的構造配筋率；嚴格把好原材料質量關；嚴格混凝土的澆搗、養護等。地下室底板配筋宜細而密，鋼筋間距宜在100～200mm范圍內。

4. 總結

本文通過對設計方案的比較、相關計算方法的分析以及設計構造的要求，來闡述在地下室底板設計中要注意的問題。本文通過實際工程設計，闡述運用廣廈CAD程序對地下室底板無梁樓蓋的結構設計過程，并提出一些建議。地下室底板無梁樓蓋，從設計角度看，計算簡單，工作量相對較??；從施工角度看，施工方便，減短施工工期。

參考文獻：

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