无梁空心楼盖结构设计浅析.doc

无梁空心楼盖结构设计浅析摘要：该文介绍了无梁空心楼盖结构设计主要过程及注意事项，为类似工程设计提供参考。关键词：无梁空心楼盖；柱帽；冲切；柱上板带；跨中板带；等代框架法。0 引言无梁空心楼盖结构是将空心箱模按照设计埋置于现浇混凝土楼板中，以节约混凝土用量，减轻结构自重，降低工程造价，增大建筑净高。无梁空心楼盖荷载由四周向柱子或柱帽传导，缩短了传递路径，支座处应力集中较大，其余应力较小且分布均匀，因此能节省大量的钢筋用量，结合降低层高或增加净空所带来的综合效益，能节省大量投资，为投资者带来较好的经济效益，因此应用比较广泛。其适用于地下室结构，非抗震区的多层商场，高层办公楼，也适用某些大跨结构，如会议室、展厅等。无梁空心楼盖因板较厚，断面取法和构造都和无梁实心板有一定差异，本文通过某大型地下停车库设计经验总结重点介绍无梁空心楼盖设计的几个要点。1 无梁空心楼盖尺寸选取无梁空心楼盖板厚基本上都是由冲切决定，无梁实心板的特点是把板做薄，再做大柱帽，这样在冲切满足要求的情况下，可以减少自重和减少构造钢筋量。而无梁空心板因空心的缘故，增加5cm的板厚，其砼用量才增加23cm，而钢筋可以减少的更多，因此增加板厚会带来一定的经济效益，因此在建筑允许下可以做厚一些，再把柱帽做小一些，一些对室内景观要求高的，可以不做柱帽。对一般荷载的情况，无梁空心楼盖板厚有柱帽时跨高比不大于35，无柱帽时跨高比不大于30；对于有较重荷载的情况如覆土的地下室顶板，人防顶板，跨高比常常在20以下。2 无梁空心楼盖的荷载当前的结构计算软件均能计算梁的自重，而楼板的尺寸通长都是轴线到轴线，这就是说程序在计算结构自重的时候，梁板重叠的部分计算了2次自重，一次是梁的，一次是板的。空心板的自重是板格内实心板扣除空心外的自重再加上空腔材料自重。空心板在程序中有多种输入方法，有按等代梁输入的，有按虚梁输入的，还有按拟梁输入的，考虑到各种输入方法对荷载的计算有所差异，因此一定要考虑到一个板格之中空心部分和实心部分的加权值，而且要考虑到程序自动输入的部分。3 无梁空心楼盖的计算以前国内对无梁板采用经验系数法和等代框架法计算，随着计算机软件的应用与发展，国内STRAT软件和PKPM系列的SLABCAD软件都可以做无梁板的有限元分析。双向刚度存在差异的，应在布置之中消除双向刚度差异的影响，双向无刚度差异的，可以按等厚的实心无梁板计算。因为空心楼盖素混凝土本来就和实心板抗弯刚度相差很小，再加上配筋的作用与实心部分的加强作用，因此可以把空心板按实心计算内力。(1)经验系数法：经验系数可以参照国内升板规范及设计手册选取。(2)等代框架法：和经验系数法不同的是内力系数不是通过经验求得，而是要考虑柱子及相邻跨度内力的影响，通常结合弯矩分配法使用，等代梁框架法通常要用2个模型来分别计算竖向荷载下和水平作用下的内力，当有水平作用时，柱上板带应承担所有水平内力。(3)软件有限元分析法：STRAT软件可以建立空心板截面的模型，可以输出各个单元的点值，当用STRAT软件结果进行设计时，应考虑各方面的构造措施，尤其是抗震措施。SLABCAD软件不仅可以生成个单元点值，还能划分板带，形成板带内力与配筋，对成图与形成计算结果都非常方便，因此被广泛应用。但其注意点较多，设计者必须以其他方法验算，笔者建议以经验系数法验算。当用SLABCAD软件结果设计空心无梁板板时，应注意荷载的输入，和配筋量，程序会自动按实心板的最小配筋给出，因此设计时应用弯矩图来复核。4 无梁空心楼盖的截面设计(1)在计算得到无梁板的内力后，可按实心板计算纵筋，且应注意空腔的影响。(2)无梁板的抗剪承载力的计算同有梁板。对于无梁板内板格，由于设置了暗梁，各暗梁包围了空腔，由竖向力平衡原理，这部分空心板的竖向荷载还会以剪力的形式传递至暗梁实心区或者柱帽实心区，当用SLABCAD软件时得不到各单元的剪力值，而 STRAT软件可以生成各单元的剪力值。笔者建议当用SLABCAD软件设计无梁板时，空心板的剪力可以采用PMCAD里面按双向板计算的结果，同样可以将轴线至空腔边缘部分的荷载扣除来修正剪力值。如果要手算，一些比较旧的双向板资料里面可能有剪力系数查用；在没有任何工具与资料下，也可以按空心板板格的重力除以边长作为剪力值。(3)冲切计算。无梁空心楼盖开始布置空腔的边缘也是一个变截面，如果柱上板带是实心区域满足文献【1】第6.3.1条时，按常规验算冲切即可；当空腔的布置不能满足文献【1】第6.3.1条时，应补充验算空腔边缘处的抗冲切，此时空腔布置长度可按下式修正：扣除长度L=n*（A）/hs，其中n为柱帽实心区域布置空腔的个数，A为空腔边缘的侧面积平均值，hs为空心板厚度。5 无梁空心楼盖的构造要求(1)无梁空心楼盖板厚，荷载较小时取板计算跨度的1/301/35，荷载较大时可取到板计算跨度的1/25左右，重型荷载（包括人防）时可取到计算跨度的1/20以内。当多层跨度又不太大时可取厚点，减少配筋，当高层或者跨度很大时可考虑取薄点减少自重。当用矩形内置模时，肋宽不宜小于100mm，当矩形空腔尺寸较大时可考虑150mm或者200mm。内置模空心板的上下翼缘高度应考虑板内管线走法，吊挂膨胀螺栓等因素，可参考文献【1】6.1节构造要求不应小于50mm，笔者建议不小于55mm，跨度或者荷载较大时可考虑到60mm或者更大。(2)抗震时应设置暗梁，暗梁宽度不大于柱宽以及每边1.5*hs；当8度区时必须设置柱帽。 (3)空心板板厚通常都不小于250mm，因此可在板顶跨中受压区设置构造钢筋，建议不小于按折算板厚计算配筋率的0.15%。钢筋间距宜和肋间距的模数相应。(4)对于板带纵筋的要求，宜按通长筋加附加筋的形式，附加筋长度可取计算跨度的一半，但在柱上板带，附加筋伸出柱帽边的长度不宜小于1000mm。当不以通长筋加附加筋这种配筋方式时，可参考文献【1】第6.3.3条执行。(5)空心板有下列情况时应适当配置箍筋：1）、当板厚大于350mm时2）、当荷载较重时，比如覆土或者走消防车3）、肋较小，安装固定方案不牢靠，在泵送砼的推力下可能发生侧移时4）、筒芯的端肋150mm以内即使抗剪无需受力箍筋，也应配置一定箍筋，对抵抗筒芯滑移有利。(6)对于地下室结构，在边界外墙处宜适当加密垂直外墙的钢筋，如350的板，12200的通长筋时，可补加84008200的附加短筋。(7)无梁板的抗裂：对于大面积的无缝地下室，最好的抗裂措施是合理的后浇带设置，当后浇带间距在40m以内，后浇带板筋100%断开搭接时抗裂效果最好，不建议60m设后浇带中间膨胀带的做法，膨胀带需要的养护要求较高，养护不慎时收缩更大。配筋方面宜适当增加通长筋的配筋率，在靠近较长的地下室外墙边12m范围内的板顶可增加一定数量的平行外墙的钢筋；对于大柱网地下室与塔楼相接的复杂的地方，宜采用正交方式加