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无梁楼盖结构设计要点探讨黄竹王其林

发表时间：2021/8/10 来源：《建筑科技》2021年9月上作者：黄竹王其林

[导读] 无梁楼具有传力体系简单，楼层净空高，地面平整，模板简单，便于施工等优点。

广东现代建筑设计与顾问有限公司黄竹王其林广东深圳 518000

摘要：无梁楼具有传力体系简单，楼层净空高，地面平整，模板简单，便于施工等优点。但同时也有抗弯刚度小、挠度大，柱子周边局部板会冲切破坏，抗震性能差等缺点。本文介绍了无梁楼盖结构体系的几种计算方法，探讨了无梁楼盖结构设计的要点及需要注意的构造要求。
关键词：无梁楼盖；内力计算；抗冲切计算；构造要求
        0.引言
        无梁楼盖结构体系又称为板柱结构体系，即是在楼盖中不设置梁肋，将板直接支承在柱上。无梁楼盖是一种双向受力楼盖，楼面荷载直接通过柱子，再传给基础。无梁楼盖按楼面结构形式分为平板和密肋板。按有无柱帽分为无柱帽轻型无梁楼盖和有柱帽无梁楼盖。按施工工序分为现浇式无梁楼盖和装配整体式无梁楼盖。采用升板法施工的无梁楼盖即为装配整体式的一种。根据经验，当楼面可变荷载标准值在5KN/m2以上、跨度在6m以内时，无梁楼盖较肋梁楼盖经济，因此无梁楼盖常用于多层厂房、商场、库房、书库等建筑。无梁楼盖的柱网都采用正方形或矩形，以正方形最为经济，板内钢筋沿两个方向布置。楼盖的四边可支承在墙上或支承在边柱的圈梁上，或悬臂伸出边柱以外。悬挑板挑出适当的距离，能减小边跨的跨中弯矩。在同样净空高度的条件下，无梁楼盖的建筑高度较一般的交梁楼盖小，因而可以减小房屋的体积和节省墙体结构；无梁楼盖具有平整的天棚，故采光、通风及卫生条件较好；由于模板简单，可节省模板用量和施工简化，因此，采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。对于无梁楼盖结构如何进行工程设计的研究具有一定的实际意义。
        1.内力计算
        无梁楼盖既可按弹性理论计算，也可以按塑性理论计算。通常在进行无梁楼盖设计时 , 可以采用三种方法：等代框架法、经验系数法、精确计算法。
        1.1等代框架法
        等代框架法是把整个结构沿纵、横柱列划分为具有“等代框架柱”和“等代框架梁”的纵向等代框架和横向等代框架。等代框架不同于普通框架。普通框架梁中，梁柱可直接传递内力（弯矩、轴力和剪力）。而在等代框架中，在竖向荷载作用下，等代框架梁的宽度取值与梁跨方向相垂直的板跨中心线间的距离，其值都大大超过柱宽，故仅有一部分竖向荷载产生的弯矩可以直接传递给柱，其余都要通过扭矩进行传递。因此，在无梁楼盖等代框架中的柱应该是包括柱（柱帽）和两侧扭臂在内的等代柱，它的刚度应为考虑柱的受弯刚度和扭臂的受扭刚度后的等代刚度。
        等代框架梁的高度可取板厚；等代框架梁的宽度在水平荷载作用下，取板跨中心线间距离的一半；在竖向荷载作用下，取于梁跨度方向相垂直的板跨中心线间的距离。等代框架柱的截面取柱本身的截面；柱的计算高度，取层高减去柱帽的高度。当仅有竖向荷载作用时，框架可按分层法简化计算。柱的截面设计可直接按框架内力分析得出的柱内力设计。梁的内力，需要分配给不同的板带。当区格板的边长比lx/ly不大于1.5时，可将计算所得的等代框架梁中各截面的弯矩值按表1所列的分配比值分配给柱上板带和跨中板带。

        1.2 经验系数法
        经验系数法是最方便的方法，被广泛应用。经验系数法适用于比较规则的等代框架。采用经验系数法时，必须符合相关条件：（1）无梁楼盖结构每个方向都不应少于三个连续跨；（2）任一区格内的长跨与短跨之比不大于1.5；（3）同一方向的最大跨度与最小跨度比值不应大于1.2，且两端跨度不大于相应内跨；（4）可变荷载和永久荷载设计之之比不大于3；（5）为保证无梁楼盖不承受水平荷载（如地震力、风力等），在楼盖的结构体系中应具有抗侧力支撑或剪力墙。经验系数法是在弹性薄板理论分析基础上，给出柱上板带和跨中板带在跨中截面、支座截面上的弯矩计算系数；按经验系数法计算无梁楼盖结构内力时，只要算出两个方向板的总弯矩，再乘以弯矩分配系数，既得各截面的弯矩。
        1.3 精确计算法
        精确计算法即对无梁楼盖结构体系不再进行人为地简化和等代，而是根据无梁楼盖的柱上板带、跨中板带及柱帽平面尺寸，用有限元法将无梁楼盖划分成若干细小单元，用板壳单元有限元进行求解的方法。在具体工程中，可使用PKPM、SAP2000、MIDAS/GEN等有限元软件进行分析计算。
        本文以PKPM软件为例，简要介绍有限元计算方法。（1）建模时需要进行一定处理，利用PMCAD人机交互输入，在柱与柱之间的位置上需设置界面尺寸为100mm×100mm的矩形截面虚梁（但在边界处及开洞处最好布置实梁），以方便在 SATWE 软件在处理时能够读取楼板边界信息。（2）无梁楼盖的整体三维计算通过PKPM软件中SATWE进行。由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的工程，可以采用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板的刚度和计算变形。在SATWE程序中还应将无梁楼盖的楼板定义为弹性楼板。（3）在三维计算分析后，还需用SATWE程序中附带的厚板分析程序SLabCAD对无梁楼盖进行进一步的分析， SLabCAD可以处理均布面荷载和均布线荷载作用下的楼板内力计算和配筋。
        1.4 无梁楼盖的冲切计算
        （1）在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板受冲切承载力应满足《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第6.5.1的相关要求。（2）当受冲切不能满足《混凝土结构设计规范》（ GB50010-2010）第6.5.1 的要求且板厚受到限制时，可配置箍筋或弯起钢筋。此时，受冲切截面及受冲切承载力应符合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）6.5.3的相关要求。
        2.无梁楼盖结构的构造要求
        （1）楼板的配筋形式。楼板配筋一般采用双向配筋。支座上承受负弯矩的钢筋，宜采用不小于直径12mm的钢筋。考虑抗震的无梁楼板，板顶面应按要求抗震钢筋，其配筋率应大于 0.25p（p为支座处负钢筋的配筋率）。
        （2）建筑抗震墙的板柱结构抗震设计要求。①房屋的周边和楼梯、电梯洞口周边应采用框架梁。②抗震烈度8度时宜采用有托板或柱帽的板柱节点。③板柱结构在地震作用下按等代平面框架分析时，其等代梁的宽度宜采用垂直于等代平面框架方向柱距的50%。④房屋的屋盖和地下一层顶板，宜采用梁板结构。⑤无柱帽平板宜在柱上板带中设置暗梁，暗梁宽度可取柱宽及柱两侧各不大于1.5倍板厚。暗梁支座上部钢筋面积应不小于柱上板带钢筋面积的50%，暗梁下部钢筋不宜小于上部钢筋的1/2。
        （3）无梁楼盖无柱帽结构时，需配置抗冲切箍筋或弯起钢筋，应满足规范相应规定。
        （4）圈梁配筋形式。当无梁楼板不伸出外柱外侧时，在板的周边应设置圈梁，圈梁截面高度不应小于板厚的2.5倍。圈梁按计算配筋，抗扭箍筋不应小于6@200或8@150，宜做成封闭式，搭接长度不小于锚固长度，抗扭纵筋不宜小于412，圈梁下部纵向钢筋的两端伸到柱外边，上部纵向钢筋须通长布置，且搭接点宜在跨中。
        3.结语
        无梁楼盖较之传统的梁柱结构体系具有建筑空间大，可有效地增加层高，施工支模简单，钢筋绑扎方便，设备安装方便，施工速度快等优点，但受力复杂、抗震性能差。设计单位应根据工程特点，从设计原则、计算方法、构造措施等方面综合考虑，确保设计的合理性和可行性。
参考文献：
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3.和静华,石东涛,黎明.无梁楼盖结构计算方法的探讨 [J].包钢科技，2009(03)：11~15.