地下室無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法

地下室無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法

近年來(lái)，無(wú)梁結(jié)構(gòu)的建筑主要用于各種地下室，尤其是多層地下建筑的應(yīng)用。從綜合效益的角度出發(fā),對(duì)地下室運(yùn)用的各種樓蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,可以得出無(wú)梁樓蓋是多層地下室的首選。下文就從地下室無(wú)梁樓蓋的特點(diǎn)出發(fā),重點(diǎn)論述其結(jié)構(gòu)形式和計(jì)算方法的選擇。1無(wú)梁樓蓋在地下無(wú)梁樓蓋為雙向受力板柱結(jié)構(gòu),無(wú)梁樓板為四點(diǎn)支承雙向板。研究表明,無(wú)梁樓板開(kāi)裂前處于彈性工作狀態(tài),隨著荷載的增加,裂縫首先出現(xiàn)在柱帽頂部,隨后不斷發(fā)展,出現(xiàn)在跨中中部的1/3跨度處,再后來(lái)成批地出現(xiàn)板底裂縫,直至柱帽頂部、柱列軸線的板頂和跨中的板底出現(xiàn)很大的裂縫,此時(shí),鋼筋受拉屈服,混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變,樓板也出現(xiàn)嚴(yán)重破壞的狀態(tài)。將無(wú)梁樓蓋運(yùn)用于地下室,可有效降低地下室層高,從而減少地下室總埋深。從使用效果來(lái)看,可增加地下室的有效使用面積,節(jié)約通風(fēng)設(shè)備和長(zhǎng)期供電的投入。就結(jié)構(gòu)成本而言,可降低基坑支護(hù)費(fèi)用,減少基坑土方開(kāi)挖量,節(jié)約地下室豎向構(gòu)件的材料用量。由于無(wú)梁樓蓋有上述幾個(gè)特點(diǎn),因此無(wú)梁樓蓋被越來(lái)越多地運(yùn)用于地下室中。另外,因?yàn)闊o(wú)梁樓蓋具有明顯不同于有梁樓蓋的特點(diǎn),因此應(yīng)高度重視其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。2柱帽和無(wú)梁樓蓋傳統(tǒng)的無(wú)梁樓蓋為等厚度無(wú)梁樓蓋,隨著技術(shù)的進(jìn)步,出現(xiàn)了柱上板帶厚于其他部位的不等厚無(wú)梁樓蓋。無(wú)梁樓蓋按是否設(shè)置柱帽,可以分為不設(shè)柱帽、設(shè)錐形柱帽和設(shè)方形柱帽三種形式。根據(jù)剛度原理,柱上板帶剛度大于其余部位有利于荷載的傳遞,因此,從受力合理性來(lái)看,不等厚無(wú)梁樓蓋優(yōu)于等厚度無(wú)梁樓蓋。必須指出的是,不等厚無(wú)梁樓蓋可能因構(gòu)造的需要,其用鋼量略大于等厚度無(wú)梁樓蓋,但其受力合理、自重較輕,所以仍然建議優(yōu)先選擇不等厚無(wú)梁樓蓋。無(wú)梁樓蓋是否設(shè)置柱帽,主要取決于柱上板帶的厚度是否滿足抗沖切的要求。如果厚度合適,且不需要配置或僅需配置少量抗沖切箍筋就能滿足要求時(shí),則不設(shè)柱帽;否則需要設(shè)柱帽。如果僅僅需要提高板抗沖切能力,則需要設(shè)置錐形柱帽。如果既要提高板抗沖切能力,又要改善柱上板帶受力狀態(tài),則需要設(shè)置方形柱帽。3計(jì)算彎矩的分析常用的無(wú)梁樓蓋的計(jì)算方法有:(1)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法。計(jì)算兩個(gè)方向的截面總彎矩,再將截面總彎矩按一定的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)分配給同一方向的柱上板帶和跨中板帶。(2)等代框架法。將結(jié)構(gòu)分別沿縱、橫柱列兩個(gè)方向劃分,并將其視為縱向等代框架和橫向等代框架,然后對(duì)其分別進(jìn)行計(jì)算和分析。(3)有限元法。將結(jié)構(gòu)劃分為眾多細(xì)小單元,然后采用一定的本構(gòu)關(guān)系和邊界條件模擬受力過(guò)程,最后計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。下面將分別采用上述三種方法對(duì)典型工況(普通車(chē)庫(kù)、1.5m厚覆土頂板、核6級(jí)人防頂板)下8.4m×8.4m標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)的無(wú)梁樓蓋進(jìn)行計(jì)算分析,并與典型單元每延米的計(jì)算彎矩(1.5m厚覆土頂板與核6級(jí)人防頂板承受的作用基本相當(dāng),所以?xún)H以1.5m厚覆土頂板為例)進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)于普通車(chē)庫(kù),經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法總彎矩(245.5kN)小于有限元法總彎矩(295kN),結(jié)構(gòu)較不安全;等代框架法總彎矩(290.7kN)與有限元法總彎矩(295kN)相當(dāng),且柱上板帶跨中彎矩(57.4kN)、跨中板帶跨中彎矩(46.9kN)與有限元法總彎矩(59kN;47.5kN)相當(dāng),但柱上板帶支座彎矩(139.8kN)小于有限元法總彎矩(150kN),跨中板帶支座彎矩(46.6kN)大于有限元法總彎矩(38.5kN),結(jié)構(gòu)較不安全,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)修正,修正系數(shù)約為1.1.對(duì)于1.5m厚覆土頂板,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法總彎矩(839.5kN)與有限元法總彎矩(841kN)相當(dāng),但分配到各部位的彎矩(柱上板帶:跨中彎矩為151.1kN,支座彎矩為419.8kN;跨中板帶:跨中彎矩為125.9kN,支座彎矩為142.7kN)與有限元法總彎矩(柱上板帶:跨中彎矩為209kN,支座彎矩為330kN;跨中板帶:跨中彎矩為167kN,支座彎矩為135kN)并無(wú)明顯對(duì)應(yīng)關(guān)系;等代框架法柱上板帶跨中彎矩(198.1kN)、跨中板帶跨中彎矩(162.1kN)與有限元法總彎矩(209kN;167kN)相當(dāng),柱上板帶支座彎矩(477.1kN)、跨中板帶支座彎矩(159kN)大于有限元法總彎矩(330kN;135kN),結(jié)構(gòu)比較安全。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),對(duì)柱上板帶支座彎矩、跨中板帶支座彎矩進(jìn)行適當(dāng)折減,折減系數(shù)為0.8~0.9.4地下地下空間分布廣州市嘉裕商旅大廈設(shè)置了四層地下室,地下室建筑面積約為44000m2。地下一層為普通車(chē)庫(kù),層高4.8m;地下二、三層也為普通車(chē)庫(kù),層高3.3m;地下四層為人防區(qū)域,層高3.8m。地下一、二、三層頂板均采用無(wú)梁樓蓋。廣州市珠江花園設(shè)置了一層地下室,地下室建筑面積約為81000m2,層高3.75m,地下室頂板采用無(wú)梁樓蓋。上述兩個(gè)項(xiàng)目均已建成并投入使用,其中,無(wú)梁樓蓋在其中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。5最大彎矩的確定通過(guò)上面的論述,我們可以得出以下結(jié)論:(1)地下室無(wú)梁樓蓋宜優(yōu)先選擇不等厚型無(wú)梁樓蓋;(2)對(duì)于普通車(chē)庫(kù)、1.5m厚覆土頂板和核6級(jí)人防頂板,無(wú)梁樓蓋不宜采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法計(jì)算;(3)對(duì)于普通車(chē)庫(kù),無(wú)梁樓蓋可采用等代框架法計(jì)算,但其柱上板帶支座的彎矩宜乘以修正系數(shù)1.1,跨中板帶支座的彎矩可除以修正系數(shù)1.1;(4)對(duì)于1.5m厚覆土頂板、核6級(jí)人防頂板,無(wú)梁樓蓋可采用等代框架法計(jì)算