摘要：運(yùn)用PKPM軟件進(jìn)行無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)軟件中參數(shù)及結(jié)果的合理取用給出建議，并結(jié)合實(shí)際工程提出設(shè)計(jì)建議。
關(guān)鍵詞：無(wú)梁樓蓋，SLABCAD，柱帽，柱上板帶，跨中板帶
1概述
無(wú)梁樓蓋是地下建筑中常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式，是近年來(lái)發(fā)展較為迅速的一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)。較之傳統(tǒng)的密肋梁結(jié)構(gòu)體系它具有整體性好、建筑空間大，可有效地增加層高，減少地庫(kù)埋深等優(yōu)點(diǎn)。在施工方面，采用無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的建筑物具有施工支模簡(jiǎn)單、樓面鋼筋綁扎方便，設(shè)備安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，從而大大提高了施工速度。因此，采用無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)的合理取用
對(duì)無(wú)梁樓蓋這種結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)計(jì)算主要分為兩塊：結(jié)構(gòu)整體的空間結(jié)構(gòu)分析和無(wú)梁樓蓋本身的分析計(jì)算。目前，PKPM系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)這兩方面的設(shè)計(jì)都已經(jīng)有比較成熟的分析方法。下面我就此分別做一些介紹：
2.1無(wú)梁樓蓋的整體三維計(jì)算
無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算可按框架結(jié)構(gòu)模式通過(guò)PKPM軟件中的SATWE軟件進(jìn)行。但需要注意的有三點(diǎn)：
一是荷載的合理輸入，按照《08版SLABCAD用戶(hù)手冊(cè)和技術(shù)條件》的說(shuō)明，舊版程序樓板自重是包含在恒載中輸入的，新版本程序?qū)⒆詣?dòng)根據(jù)板厚計(jì)算樓板自重，因此在面均布恒載中不應(yīng)該包含樓板自重。
二是框架梁的輸入，在PMCAD人機(jī)交互式輸入時(shí)，除在邊界處及樓梯等開(kāi)洞處應(yīng)布置實(shí)梁外，其余軸線部位應(yīng)布置截面尺寸為100*100的矩形截面虛梁。這里布置虛梁的目的有二：其一是為了SATWE軟件在接力PMCAD的前處理過(guò)程中能夠自動(dòng)讀取樓板的外邊界信息；其二是為了輔助彈性樓板單元的劃分。虛梁沒(méi)剛度，所以虛梁不參與結(jié)構(gòu)的整體分析，實(shí)際上SATWE的前處理程序會(huì)自動(dòng)將所有的虛梁刪掉。
三是特殊構(gòu)件的補(bǔ)充定義，樓板要定義成“彈性板6”，在此基礎(chǔ)上，SATWE軟件能真實(shí)模擬樓板平面內(nèi)和平面外的剛度，我們就可以直接對(duì)無(wú)梁樓蓋體系進(jìn)行三維分析計(jì)算。另一點(diǎn)需要注意的是，由于在此定義了彈性樓板，我們必須選擇“總剛算法”進(jìn)行計(jì)算。
2.2樓蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算
無(wú)梁樓蓋的整體分析計(jì)算完成后，我們可以利用特種結(jié)構(gòu)中的“復(fù)雜樓板分析與設(shè)計(jì)軟件”SLABCAD模塊進(jìn)行樓蓋的分析計(jì)算。首先點(diǎn)取第一步“樓板數(shù)據(jù)生成及預(yù)應(yīng)力信息輸入”菜單來(lái)生成有關(guān)的計(jì)算數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)的計(jì)算條件及計(jì)算參數(shù)進(jìn)行定義。當(dāng)然，此時(shí)必須注意的是：由于有限元的計(jì)算原理所致，對(duì)于樓板的有限元?jiǎng)澐珠L(zhǎng)度不一樣可能會(huì)對(duì)計(jì)算結(jié)果及精度產(chǎn)生一定的影響。同時(shí)我們還可補(bǔ)充輸入無(wú)梁樓蓋的其它數(shù)據(jù)，如樓板的洞口及柱帽等特殊構(gòu)件，并可對(duì)樓板不同部位的板厚進(jìn)修改；同時(shí)，我們還可以在樓板上添加任意的荷載，包括在PMCAD建模時(shí)無(wú)法輸入的板上的任意線荷載及點(diǎn)荷載；此外，我們還可以輸入支座沉降及約束等補(bǔ)充數(shù)據(jù)。SLABCAD的補(bǔ)充數(shù)據(jù)輸入完畢后我們就可以通過(guò)第二步“樓板分析與配筋設(shè)計(jì)”菜單對(duì)無(wú)梁樓蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算了。對(duì)無(wú)梁樓蓋的計(jì)算內(nèi)容主要包括樓板的內(nèi)力、位移、配筋計(jì)算及板的沖切驗(yàn)算等。計(jì)算完畢后再通過(guò)第三步“分析結(jié)果輸出與圖形顯示”菜單查詢(xún)其計(jì)算結(jié)果，此步驟中顯示的主要是內(nèi)力、配筋的點(diǎn)值等原始數(shù)據(jù)，在第四步“板帶交互設(shè)計(jì)及驗(yàn)算”中，所有的顯示結(jié)果會(huì)按照板帶寬度的劃分以梁的形式表現(xiàn)出來(lái)，比較直觀。
3工程實(shí)例
3.1工程概況
嘉寶永翔新苑動(dòng)遷房基地，總建筑面積25萬(wàn)平米，該小區(qū)為一個(gè)單層獨(dú)立地下車(chē)庫(kù)，為雙層機(jī)械式停車(chē)，該地下車(chē)庫(kù)長(zhǎng)約105m,寬約85m,頂板標(biāo)高-1.200m,層高4.2m，頂板平均覆土厚度0.9m，典型柱網(wǎng)為5.7mx8.1m,6.1mx8.1m，結(jié)構(gòu)形式采用板柱結(jié)構(gòu)體系。此工程位于上海市嘉定區(qū)，抗震設(shè)防烈度7度，上海Ⅳ類(lèi)土，特征周期Tg=0.9s。平面施工圖部分截取如下：


3.2板柱結(jié)構(gòu)體系構(gòu)件截面的選定
板柱結(jié)構(gòu)體系中柱截面主要由軸壓比控制，此工程中柱選500x500混凝土柱；無(wú)梁樓板的板厚除應(yīng)滿足抗沖切要求外，尚應(yīng)滿足剛度及撓度的要求，其厚度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于200mm,一般按L/35~L/30初步確定；柱帽及柱上托板的尺寸由板的受沖切承載力決定，其外形需兼顧建筑外觀要求，柱帽有效寬度bce一般為0.2~0.3L,對(duì)于中級(jí)荷載，經(jīng)濟(jì)合理的柱帽寬度a為0.35L,合理值的柱帽有效寬度bce為0.22L。所以本工程中，樓板厚度h=350mm,柱帽總厚度為h=600mm，柱帽平面尺寸為2.2mx2.8m,詳見(jiàn)附圖：

3.3計(jì)算結(jié)果的分析與取用
計(jì)算結(jié)果中，板的抗沖切、撓度、配筋等結(jié)果可直接選用，但程序還無(wú)法進(jìn)行裂縫計(jì)算，這部分需要手工復(fù)核，通常我們要分別對(duì)柱上板帶的柱邊、柱帽邊和跨中，跨中板帶的支座邊和跨中等正負(fù)彎矩最大的地方進(jìn)行驗(yàn)算，柱帽區(qū)域內(nèi)彎矩取值時(shí)可按彎矩點(diǎn)值取平均值計(jì)算，柱帽區(qū)域外取驗(yàn)算部位的最大值，舉例如下：

X向柱上板帶裂縫驗(yàn)算彎矩及驗(yàn)算截面取值：
M柱邊支座=（182.27+577.52+195.35）/3=318.38KN.M/Mbxh=1000x600
M柱帽邊支座=（103.47+84.28+115.08）/3=100.9KN.M/Mbxh=1000x350
M跨中板底=77.51KN.M/Mbxh=1000x350
其余部分按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8章第1節(jié)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算即可。
4設(shè)計(jì)建議
綜上所述，一個(gè)無(wú)梁樓蓋地下車(chē)庫(kù)的計(jì)算工作基本完成，但在完成施工圖
設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還有一些容易忽略的問(wèn)題總結(jié)如下，供設(shè)計(jì)人員參考：
4.1端跨是地下無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)
計(jì)算表明，無(wú)論采用何種無(wú)梁樓蓋形式，第一跨中彎矩和第一內(nèi)支座彎矩都是最大值，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法的計(jì)算公式也能驗(yàn)證這一點(diǎn)。為減小邊跨跨中彎矩，增強(qiáng)邊柱和角柱的抗沖切承載力，在建筑平面布置允許的條件下，宜將無(wú)梁樓板伸出邊柱的外側(cè)，伸出長(zhǎng)度（從板邊緣至外柱中心）不宜大于伸出方向跨度的0.4倍。當(dāng)樓板不能外伸時(shí)，應(yīng)采用有邊梁的平板結(jié)構(gòu)體系，利用邊梁受扭減少邊柱和角柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)由于豎向荷載引起的彎矩和剪力。
4.2邊支座設(shè)置端柱帽是保證端跨安全的重點(diǎn)
在一些設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員在邊跨未設(shè)置端柱帽，這種情況應(yīng)在合理分析后方可采用。設(shè)置柱帽可以有效地提高邊跨外支座板帶的抗彎剛度，相比不變截面板帶，柱帽將板帶負(fù)彎矩提高，由柱帽形成的剛域來(lái)承擔(dān)。如果采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法設(shè)計(jì)，取消該柱帽還會(huì)造成實(shí)際結(jié)構(gòu)模型與計(jì)算假定不相符。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法中很重要一點(diǎn)是，利用柱帽形成的節(jié)點(diǎn)剛域減少板帶計(jì)算跨度，柱上板帶負(fù)彎矩是柱帽剛域邊緣的削峰值，沒(méi)有邊支座柱帽就等于增加端跨板帶計(jì)算跨度，計(jì)算時(shí)就不能利用柱帽形成的有效寬度bce。筆者認(rèn)為邊跨跨度小于內(nèi)跨，墻內(nèi)邊到第一內(nèi)支座剛域處的長(zhǎng)度小于（L-2bce/3）時(shí)，才可以考慮取消設(shè)置邊支座柱帽。
4.3沖切設(shè)計(jì)
厚覆土、大荷載的地下車(chē)庫(kù)的頂板，其厚度主要是由無(wú)梁樓蓋的沖切控制，而不是柱上板帶抗彎設(shè)計(jì)控制的，且不可因看到柱上板帶配筋量少而輕易地減薄板厚，造成樓板的沖切承載力不足而造成安全隱患。等厚度板的受沖切承載力的驗(yàn)算位置，應(yīng)取距柱邊h0/2處的沖切臨界截面；對(duì)帶柱帽的不等厚度平板，除了要驗(yàn)算上述臨界截面的受沖切承載力之外，尚應(yīng)驗(yàn)算距離柱帽邊緣h0/2處板的受沖切承載力；當(dāng)板厚受限制時(shí)，也可在板內(nèi)配置箍筋或彎起鋼筋。受沖切截面的控制條件及受沖切承載力計(jì)算，應(yīng)按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7章第7節(jié)規(guī)定進(jìn)行。
5結(jié)束語(yǔ)
現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)無(wú)梁樓蓋設(shè)計(jì)是有針對(duì)性和限制要求的，計(jì)算方法也不是唯一的，所產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果也存在一定差異，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在電算的基礎(chǔ)上仔細(xì)分析結(jié)果的合理性，并采取合理可靠的構(gòu)造措施，才能讓設(shè)計(jì)更安全可靠。
參考文獻(xiàn)
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5 中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編《復(fù)雜樓板分析與設(shè)計(jì)軟件用戶(hù)手冊(cè)及技術(shù)條件》
6 李國(guó)勝編《多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問(wèn)題的處理及算例》