林永安
广东省重工建筑设计院有限公司 510670
摘要：通过地下室常见结构布置形式经济性对比，给出地下室加腋大板的经济性适用条件；通过常见设计程序的结果对比，给出地下室加腋大板计算分析的操作建议；最后提出地下室加腋大板的设计技术指引与构造大样。
关键词：地下室结构；成本控制；计算比对；技术指引
一、加腋大板结构概述
近年来，房建项目的地下室多采用加腋大板的结构布置形式。加腋大板结构指的是在现浇混凝土结构柱网内，只设置柱网上的框架梁、没设置其它次梁，梁跨内的楼板是由支座斜腋的平板组成。《高层建筑混凝土结构设计规范》【1】3.6.3条规定，作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，且楼板厚度不宜小于180mm；加上纯地下室柱网的分布比较规则，因此采用加腋大板的结构布置是结构设计中一种良好的选择方案。
二、加腋大板结构的优势
纯地下室部分使用加腋大板结构，可以有效地承担较大的楼面荷载，同时还可以满足防水抗渗的要求，使用这样的结构具有较强的科学性和合理性。
1、各部分构件受力合理
加腋大板本质上是梁板结构，如图1所示，由于板的厚度较大，且板在梁交接处负弯矩段加腋，这样的设计使得板弯矩最大的地方厚度最大，配筋能减少。从结构受力概念上来分析，加腋大板属于双向拱的拱壳空间结构，其空间传力性能能有效减少板中的弯矩。
其次对于框架梁来说, 整间大板传来的荷载尽管不是均布的，即使是三角形或梯形荷载，总比布置次梁传来的集中荷载均匀得多，框架梁中的弯矩峰值，前者比后者要小, 在框架梁中产生的弯矩分布, 前者比后者更均匀，框架梁各截面的性能得到充分利用，从而发挥了框架梁的承载能力。
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图1
2、施工便捷
不设次梁平板，无论是模板安装，还是制作、绑扎钢筋等工序都省料省工，这是显而易见的，为工程缩短施工工期提供了有利条件。
3、室内空间观感舒适
在不设吊顶的室内上空，即使有水电消防管线的架设，但由于不存在次梁，室内空间的观感要简洁、清爽得多，这为使用者在视觉观感方面创造了良好的空间环境。
三、加腋大板与其它结构布置形式的经济性对比简述
纯地下室结构布置常用的形式有：无梁楼盖、十字梁结构、井字梁结构、单向板结构、加腋大板结构。对于不同使用部位，各结构布置经济性是不同的。曾对上述5种结构布置在不同使用部位进行了详细的计算对比【2】，主要对比情况如下：
1、有覆土的纯地下室顶板
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图2：纯地下室顶板不同结构布置材料用量对比
对于有覆土的纯地下室顶板，各结构布置形式的经济性对比结果如下：
（1）按含钢量由低到高排序依次为：无梁楼盖、单向板、加腋大板、井字梁、十字梁。
（2）按照每平米材料价格由低到高排序依次为：无梁楼盖、单向板、加腋大板、十字梁、井字梁。
（3）传统的三种梁板结构方案（十字梁、井字梁、单向板）中，单向板的含钢量与造价均为最低。
2、普通纯地下室中板（无人防荷载）
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图3：地下室中板不同结构布置材料用量对比
对于不考虑人防荷载的纯地下室中板，各结构布置形式的经济性对比结果如下：
（1）按含钢量由低到高的次序依次为：无梁楼盖、井字梁、单向板、十字梁、加腋大板。
（2）按照每平米材料价格由低到高排序依次为：无梁楼盖、十字梁、单向板、井字梁、加腋大板。
（3）传统的三种梁板结构方案（十字梁、井字梁、单向板）中，当荷载不大时，每种方案的价格相当。
3、人防地下室结构板
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图4：人防地下室结构板不同结构布置材料用量对比
对于人防荷载纯地下室板，各结构布置形式的经济性对比结果如下：
（1）按含钢量由低到高的次序依次为：无梁楼盖、加腋大板、单向板、十字梁、井字梁。
（2）按照每平米材料价格由低到高排序依次为：无梁楼盖、加腋大板、单向板、十字梁、井字梁。
（3）传统的三种梁板结构方案（十字梁、井字梁、单向板）中，单向板和十字梁方案的每平方米造价接近，井字梁方案的造价偏高。
通过上述三种不同结构使用部位的对比分析，结合住宅类项目的实际情况，地下室多为1~2层，当设2层地下室时中板多为人防板，所以从经济性上现阶段集团推行地下室无梁楼盖或加腋大板结构的做法是值得肯定的。对于首层顶板，一般情况下作为上部结构的嵌固端，由抗规6.1.14条：“地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板式结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构”，故根据规范要求以及结合近期无梁楼盖质量事故整改要求，建议采用加腋大板结构形式。
四、加腋大板常用程序计算分析对比
以标准化车库为例：取6×6的7.8米×8.1米标准跨，地面覆土1.5米对应恒载27kN/m2，活载4 kN/m2，混凝土材料容重25 kN/m3，混凝土等级均为C30，柱截面600×600，主梁截面500×700，加腋板板厚非加腋区250mm、加腋区最大500mm，加腋长度1500mm。计算设计软件采用PKPM V4版、Midas Gen和盈建科YJKS2.0版进行结果对比。
目前PKPM V4版、YJKS2.0版软件里均有加腋板模块，可以快速建立加腋板模型。楼板按弹性板6参与整体计算，板元细分最大控制长度为1米，弹性板荷载计算方式采用有限元计算。
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图5：PKPM计算结果的应力云图
在1.3恒载+1.5活载工况下，三个程序的计算结果应力云图均类似图5所示，根据此图可以发现：1)、在变截面的范围内，板面弯矩相对较大；在等截面的范围内，板面弯矩非常小；加腋板的翼缘承担了较大部分的弯矩，满足设计要求，可以较好地使用截面。2)、柱顶的应力比较集中，在柱顶位置范围内板的配筋应进行合理的调整。
值得说明的是，由于采用了弹性楼板的整体计算模型，荷载不再是全部都导在梁上，考虑了楼板的共同作用后，梁的弯矩比常规刚性模型计算小了不少。
提取图1所标注的梁板几个截面内力进行不同程序计算对比，具体如下：
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通过上述对比，PKPM的计算结果可包络另外两个程序的计算结果，鉴于目前院里结构设计多采用PKPM计算程序，故对于PKPM的计算结果，没必要进行人为的加大处理，直接采用分析结果作为施工图绘制的依据即可。
五、加腋大板设计技术指引
1、《建筑抗震技术规范》[3]GB50011-2010第6.1.14条：地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围内的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围外的地下室宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。
2、加腋板截面及配筋的选取原则：
1）、按规范要求选取最小厚度，当作为上部结构嵌固端时板厚不小于180mm。
2）、当板采用最小厚度计算、且支座配筋率>0.4%时，支座加腋；当跨中配筋率>0.4%时，加大跨中板厚。
3）、板的加腋高度一般取0.8~1倍板厚，加腋长度一般取4~6倍加腋高度。
4）、楼板面贯通构造筋按45ft/fy及0.25%的较大值配置，当支座配筋不足时，采用与贯通筋间距同模数的另加筋补足；楼板底筋按计算配筋且配筋率不小于0.25%；所有钢筋间距不应大于200mm。
5)、板加腋处另加底筋按跨中板厚0.25%配筋率配置。
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3、当框架梁配筋>2%时，可考虑采用加腋梁的形式。加腋梁的加腋高度取跨中梁高的1/3(200~300mm)，加腋长度一般取4~6倍加腋高度、且不大于跨度的1/5，使支座配筋率控制在1.0~1.5%，当加腋后支座配筋率仍大于1.8%时，应加大梁宽。
4、加腋梁、加腋板楼盖形式如下图6所示：
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图6：加腋梁板楼盖示意图
5、加腋板梁板配筋平面图如下图7所示：
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图7：加腋板梁板配筋平面图
6、加腋板结构大样如下图8所示：
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图9：加腋梁配筋示意图
六、结语：介绍了地下室加腋大板在工程实际中的经济适用性，给出了加腋大板在结构设计中相应的设计操作指引，便于该结构形式的推广与应用。
参考文献：
[1]高层建筑混凝土结构设计规范：JGJ3-2010，中国建筑工业出版社，2010.
[2]地下室楼盖方案选型分析：广州市设计院，2014.
[3]建筑抗震技术规范：GB50011-2010（2016年版），中国建筑工业出版社，2016.