无梁楼盖结构在超高层建筑地下室车库中的应用分析

林南金

（身份证号：441422198603024271）

1 工程概况

复星南方总部项目AH040223地块位于海珠区，南临琶洲大街东，西靠海洲路，东侧、北侧为规划路。由1栋48层的超高层办公塔楼（简称“北塔”建筑高度207.15m，幕墙顶230m。）和1栋10层的高层办公楼（简称“北小塔”建筑高度48.05m，幕墙顶60m。）组成。北塔结构体系为框架-核心筒结构，结构整体呈方形，平面规则；北小塔采用钢筋混凝土框架结构，结构整体呈方形，平面规则。北塔和北小塔在首层～三层范围局部有裙房。两栋塔楼在在裙楼范围内建筑功能为商业及办公，塔楼区域为办公。本项目共设有4层地下室，L1层（即首层）为办公大堂、商业、沿街骑楼商铺，层高6.7m，北塔办公大堂通高两层；B1层（-1层）：为商业、后勤区、货车卸货区、非机动车库、消防水池、电设备房等，建筑层高6.2m；B2层、B3层及B4层主要为停车库及部分机电设备房。其中B4层为人防区，人防设计面积为6075m2。B2层建筑层高3.7m，B3、B4层建筑层高均为3.6m。该项目总用地面积10075m2，总建筑面积为141955m2，其中地上建筑面积112642m2，地下建筑面积29313m2。

2 结构布置

本项目共设4层地下室，B1层顶板楼盖采用主、次梁结构，单向双次梁方案；B4～B2层因建筑层高所限，考虑设备管线净高等因素，除北塔塔楼区域外均采用无梁楼盖结构板厚为250，梁板混凝土强度等级为C35。本文仅对B2层作论述，应注意的是在楼、电梯间等较大开洞时，洞口周围宜设置框架梁或边梁，同时梁的箍筋全长加密以提高其抗扭承载力，B2层结构平面布置见图2，板柱节点在垂直荷载作用下的受冲切承载力按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）计算。

3 无梁楼盖的主要计算方法

板柱结构在水平和垂直荷载作用下内力和位移计算，宜优先采用有限元空间模型的计算方法，亦可采用经验系数法、等代框架法或其他计算方法。

3.1 经验系数法

满足下列条件时，在垂直荷载作用下板柱结构的平板的内力可用经验系数法计算：

（1）每个方向至少有3个连续跨；

（2）活荷载为均布荷载，且不大于恒载的3倍；

（3）同一方向上的最大与最小跨度之比不大于1.2；

（4）任一区格内的长、短边之比不大于1.5。

采用经验系数法时，应先计算垂直荷载作用下板的总弯矩设计值，按柱上和跨中板带弯矩分配值分别确定柱上和跨中板带的弯矩设计值。

对X方向板的总弯矩设计值，按下式计算：Mx=q1y（1x-2C/3）2/8。

对Y方向板的总弯矩设计值，按下式计算：My=q1y（1y-2c/3）2/8。

式中：

q——垂直荷载设计值；

1x、1y——等代框架梁的计算跨度，为柱中心线之间距；

C——柱帽在计算弯矩方向的有效宽度，无柱帽时，取C＝柱截面宽度。

3.2 等代框架法

当不满足经验系数法规定的条件时，在垂直荷载作用下，板柱结构的平板内力可采用等代框架法计算：

（1）等代框架的计算宽度，取垂直于计算跨度方向的两相邻平板中心线之间距；

（2）柱帽的等代框架梁、柱的线刚度，可按现行国家标准《钢筋混凝土升板结构技术规程》（GBJ130-90）的相关规定；

图1 立面效果图及平面图

图2 B2层结构平面布置图

（3）纵、横向每个方向的等代框架均应承担全部作用荷载；

（4）宜考虑活荷载的不利组合。

等代框架在垂直荷载作用下板的弯矩，当平板的任一区格长边与短边之比不大于2时，可按规范规定分配给柱上板带和跨中板带；有柱帽时，支座负弯矩宜取刚域边缘处之值，边支座和边跨中的弯矩除外，分配给各板带上的弯矩应乘以系数0.8。

3.3 有限元计算方法

本项目无梁楼盖结构采用盈建科软件进行计算分析设计时，建模时需布置虚梁和柱帽；上部结构计算时采用模型为弹性板6，弹性板荷载计算采用有限元；楼板设计时采用有限元计算。主要步骤如下：

3.3.1 建模时布置虚梁及柱帽

对无梁楼盖，仍按照普通楼层的建模方式，对无梁楼盖部分输入虚梁及柱帽。

3.3.2 布置虚梁指示板带位置

无梁楼盖因无梁，柱间需布置虚梁。虚梁的作用一是生成楼板，作用二是指定柱上板带的位置，软件自动生成的柱上板带是沿虚梁布置的。且虚梁的刚度很小，软件不会对其做设计，对整体计算基本没影响。无梁楼盖由板和柱、墙组成，此种结构体系仅有采用有限元计算才能得到较符合实际的结果，墙和楼板采用壳单元，柱采用杆单元。

有限元法计算板配筋可在楼板施工图模块进行，柱上板带宽度越小则跨中板带的宽度越大。正常的跨中板带主要承受板的正弯矩，因此下部钢筋计算结果较大，而上部钢筋一般为构造钢筋；同样柱上板带的中间部位也主要承担正弯矩和配置下部钢筋，上部钢筋也应为构造钢筋。但是当楼板负弯矩区域大于柱上板带的宽度时，伸出部分的负弯矩钢筋的计算结果将决定跨中板带的上部钢筋配置，或者柱上板带顶部贯通钢筋的配置，从而出现板顶钢筋配置过多的结果。柱帽冲切计算可在上部结构计算模块进行，上部结构计算时，柱的冲切计算考虑了上部结构中所有的荷载组合，无柱帽时为柱对板的冲切计算；有柱帽时包括柱对柱帽、柱帽对板的冲切计算。通过有限元计算分析，本项目初定的柱帽尺寸及楼板厚度均满足冲切计算要求，楼板通长钢筋可按最小配筋率控制，双层双向配置12@200的通长钢筋，柱上板带及跨中板带局部需附加钢筋，配筋合适。

3.4 无梁楼盖应采取的主要构造措施

（1）无梁楼盖楼板一般是等厚的，当不验算板的变形时，板的最小厚度为150mm，且板厚与板短边跨度之比，有柱托板时为1/32～1/40，无柱托板时为 1/30～1/35。

（2）柱托板的长度、厚度应按计算确定，且每向长度不宜小于板跨度的1/6，厚度不宜小于板厚度的1/4，托板每向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和，托板总厚度不应小于柱纵筋直径的16倍。

（3）设置柱托板时，非抗震设计时托板底部宜设置构造钢筋；抗震设计时托板底部钢筋应按计算确定，且应满足抗震锚固的要求。计算柱上板带支座处的配筋时，可考虑托板厚度的有利贡献。

（4）无梁楼板局部开洞时，应验算承载力和刚度。当未作专门分析时，在板的不同部位开单个洞的大小应符合相关规范的要求。当在同一部位开有多个洞口时，应确保在同一截面上各洞宽之和不应大于该处单个允许洞度，各洞边均应配置钢筋补强。

4 结束语

无梁楼盖结构当采用有限元方法计算时，应采用合适的柱托板尺寸及楼板厚度，无梁楼盖楼板在满足柱帽冲切承载力要求的情况下，应使楼板按最小配筋率配置通长钢筋，仅柱上板带或者跨中板带局部附加钢筋，可达到节省楼板钢筋造价的目的；经验系数法简单实用，易于掌握可直接手算，此法只适用于规整结构；等代框架法与经验系数法的主要区别为需先计算等代框架的支座和跨中的弯矩，再分配到柱上板带和跨中板带。现有文献对无梁楼盖结构设计具有限制性和针对性，计算结果也存在差异。设计人员应根据软件计算结果合理分析，采取有效的构造措施，确保结构的安全。