無梁樓蓋應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)呢？

1、概述

無梁樓蓋是由樓板、柱和柱帽組成的板柱結(jié)構(gòu)體系，樓面荷載直接由板傳給柱進(jìn)而傳給柱下基礎(chǔ)。在我國(guó)，無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系是近年來發(fā)展較為迅速的一項(xiàng)建筑結(jié)構(gòu)新技術(shù)，常用于冷庫、商場(chǎng)、倉庫、書庫等建筑。較之傳統(tǒng)的密肋梁結(jié)構(gòu)體系它具有結(jié)構(gòu)高度小、板底平整、構(gòu)造簡(jiǎn)單、整體性好、建筑空間大、可有效地增加層高等優(yōu)點(diǎn)。在施工方面，采用無梁樓蓋結(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。

但無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系也有其自身的缺點(diǎn):由于取消了肋梁，使無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系的抗彎剛度減小、撓度增大，柱子周邊的剪應(yīng)力高度集中，可能會(huì)引起局部板的沖切破壞；側(cè)向剛度比較差，層數(shù)較少時(shí)可以依靠框架柱等豎向構(gòu)件來抵抗水平荷載，當(dāng)層數(shù)較多或要求抗震時(shí)，一般需要設(shè)剪力墻、筒體等來增加側(cè)向剛度。頻頻的出事，工程師們是需要抵制這種體系形式嗎？ 不，我們應(yīng)該了解其真實(shí)本質(zhì)。

2、適用范圍

作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，無量樓蓋自然也有它的適用范圍。無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸宜接近方形，兩個(gè)方向的跨度比不宜大于1.5，否則經(jīng)濟(jì)性較差；平板時(shí)跨度不宜大于7m，有柱帽時(shí)不宜大于9m；不宜采用不規(guī)則程度較大（非矩形）的柱網(wǎng)； 板厚不應(yīng)小于150mm，荷載較大時(shí)板厚適當(dāng)加厚。

另外，下列情況盡量不用無梁樓蓋，而用肋梁樓蓋：

a）不規(guī)則柱網(wǎng)；

b）樓梯間、設(shè)備用房、汽車坡道；

c）長(zhǎng)短跨比值大于1.5；

d）板上開大洞。

相關(guān)規(guī)范和條文

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部分規(guī)范中的重要條文

規(guī)范中對(duì)于無梁樓蓋的規(guī)定很多，下面列出其中幾處，供大家參考：

《高規(guī)》5.3.3對(duì)平板無梁樓蓋，在計(jì)算中應(yīng)考慮板的面外剛度影響，其面外剛度可按有限元方法計(jì)算或近似將柱上板帶等效為框架梁計(jì)算。

《高規(guī)》8.1.9無梁板可根據(jù)承載力和變形要求采用無柱帽（柱托）板或有柱帽（柱托）板形式。柱托板的長(zhǎng)度和厚度應(yīng)按計(jì)算確定，且每方向長(zhǎng)度不宜小于板跨度的1／6，其厚度不宜小于板厚度的1／4。7度時(shí)宜采用有柱托板，8度時(shí)應(yīng)采用有柱托板，此時(shí)托板每方向長(zhǎng)度尚不宜小于同方向柱截面寬度和4倍板厚之和，托板總厚度尚不應(yīng)小于柱縱向鋼筋直徑的16倍。當(dāng)無柱托板且無梁板受沖切承載力不足時(shí)，可采用型鋼剪力架（鍵），此時(shí)板的厚度并不應(yīng)小于200mm。

《抗規(guī)》14.3.2地下建筑的頂板、底板和樓板，當(dāng)采用板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)時(shí)，無柱帽的平板應(yīng)在柱上板帶中設(shè)構(gòu)造暗梁，其構(gòu)造要求與同類地面結(jié)構(gòu)的相應(yīng)構(gòu)件相同。

《抗規(guī)》6.1.14 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍內(nèi)（不大于20m，地下一層側(cè)向剛度大于地上一層的2倍）應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)。相關(guān)范圍以外宜采用梁板結(jié)構(gòu)（可以采用無梁樓蓋）。

2  構(gòu)造要求

1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30；

2）板厚不應(yīng)小于150mm；

3）暗梁構(gòu)造

a.抗震設(shè)計(jì)時(shí)無柱帽，應(yīng)在柱上板帶設(shè)置暗梁，抗震設(shè)計(jì)時(shí)有帽時(shí)以及非抗震設(shè)計(jì)時(shí)無柱帽，宜在柱上板帶設(shè)暗梁。

b.暗梁支座上部縱向鋼筋面積不小于柱上板帶上部鋼筋總截面面積的  50%，下部鋼筋不宜小于上部鋼筋的50%，縱向鋼筋應(yīng)全跨拉通；直徑宜大于暗梁以外板鋼筋直徑，但不大于柱截面相應(yīng)邊長(zhǎng)的1/20，間距不宜大于300mm。

c.暗梁箍筋的布置，構(gòu)造配箍時(shí)，直徑不應(yīng)小于8mm，間距不宜大于3h0/4，肢距不宜大于2h0；計(jì)算配箍時(shí)，直徑不應(yīng)小于10mm，間距不宜大于h0/2，肢距不宜大于1.5h0。

設(shè)計(jì)建議

1  無梁樓蓋常見的設(shè)計(jì)方法

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法：只能計(jì)算豎向荷載作用情況，是等代框架法在較規(guī)則情況下的特例，見《技術(shù)措施》9.2.3~9.2.6

等代框架法：可以計(jì)算水平、豎向荷載作用情況，各種教科書。

有限元分析法：軟一般會(huì)采用Sap2000、YJK,STRAT,PKPM,SLABCAD,Ansys,ABAQUS等。

注：《高規(guī)》5.3.3 對(duì)平板無梁樓蓋，在計(jì)算中應(yīng)考慮板的平面外剛度影響，其面外剛度可按有限元方法計(jì)算或近似將柱上板帶等效為框架梁計(jì)算。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法是以無梁樓蓋受理影響因素試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，是以符合一定條件的板系理論分析為依據(jù)，考慮施工的可行性和已建成的先例，對(duì)計(jì)算方法提出的簡(jiǎn)化。

當(dāng)符合以下全部條件時(shí)，選擇經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法才有一定的準(zhǔn)確性：

1、 每個(gè)方向至少有三個(gè)連續(xù)跨。

2、 任意區(qū)格的邊長(zhǎng)與短邊之比不大于1.5。

3、 同一方向上的相鄰跨度的中至中跨長(zhǎng)之變化不超過較長(zhǎng)跨的1/3.

4、 所有合再均為豎向均布荷載，活荷載與恒荷載之比小于3.

等代框架近似分析方法是將桿件剛域的長(zhǎng)度剪除，以梁的凈跨度和柱墻的凈高度裝配成新的等揭秘那等代框架，其實(shí)質(zhì)是通過減小梁柱計(jì)算長(zhǎng)度，來考慮梁柱節(jié)點(diǎn)剛域?qū)α褐鶙U件線剛度增大的影響，在豎向合再作用下求解新裝配的等代框架內(nèi)力，等代框架梁內(nèi)跨的制作彎矩和跨中彎矩，其值十分接近于實(shí)際值，這是因?yàn)檫呏ё那豆虠l件更接近結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況。等代框架近似分析法在求解豎向荷載下帶剛域變截面等代框架內(nèi)力時(shí)，顯得簡(jiǎn)單而實(shí)用。

2 算法優(yōu)劣性和選擇

運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法有諸多的限制條件，如上文所示，而用等代梁格計(jì)算板式樓蓋，涉及到梁扭轉(zhuǎn)剛度的折減問題。在雙向梁格結(jié)構(gòu)中，一個(gè)方向梁的扭轉(zhuǎn)剛度正好是另外方向的彎曲剛度。由于梁的寬度等于梁格間距，一個(gè)方向梁的彎曲剛度已經(jīng)是板該方向的全部彎曲剛度。如在加上另外方向梁的扭轉(zhuǎn)剛度，梁格的剛度將大于板的實(shí)際剛度。因此需要對(duì)梁的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行折減。但是，由于板是雙向受力結(jié)構(gòu)，而雙向梁格的兩方向的關(guān)聯(lián)性小于板的關(guān)聯(lián)性，如果將雙向梁格的扭轉(zhuǎn)剛度折減為0，又將使梁格的剛度小于板的實(shí)際剛度。因此需要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)類型、邊界條件及梁格劃分疏密程度采用合適的扭轉(zhuǎn)剛度折減系數(shù)才能較好的模擬無梁樓蓋計(jì)算分析。

3  常見問題

板面荷載的分配（傳遞）方式

工作中大家一般認(rèn)為板面荷載的傳遞方式有四種方式：

1.懸挑板方式——只向一邊傳遞

2.單向板方式——沿短向傳遞（兩邊傳遞）

3.雙向板方式——塑性鉸線傳遞

4.彈性梁、板協(xié)同方式——有限元方式

其實(shí)這也正是目前我們所常用結(jié)構(gòu)分析軟件能夠提供給大家的四種板面荷載的傳遞方式。正是由于以上的觀念，在大家頭腦中根深蒂固，在建立結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)，往往習(xí)慣于在柱間布置完梁（含等代梁、虛梁、暗梁）后，由程序來進(jìn)行整體分析，殊不知，由于無梁樓板的傳遞方式有其特殊性，往往導(dǎo)致采用軟件的結(jié)果存在安全隱患。

1  正確的觀念是怎么樣的呢

林同炎教授早在1981年其所著書《結(jié)構(gòu)概念與體系》（典型教材或資料，第一本）中已做過明確推導(dǎo)說明，現(xiàn)將結(jié)論摘錄如下：無梁板必須首先在一個(gè)方向（單向板）傳遞全部荷載，然后在另一個(gè)方向再完全一樣地傳遞一次全部荷載。盡管有些設(shè)計(jì)人員往往不能認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，但這是明確的。林大師的這個(gè)結(jié)論，在《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》 （典型教材或資料，第二本）中已有細(xì)致、準(zhǔn)確的運(yùn)用，這也是我能找到的唯一一本！

可以想象，荷載傳遞分配有問題的軟件分析結(jié)果，能不能拿來就用？

前三種方式通常稱作——平面導(dǎo)荷方式，就是傳統(tǒng)的處理方式，即作用在各房間樓板上恒活面荷載被導(dǎo)算到了房間周邊的梁或者墻上，在上部結(jié)構(gòu)的考慮彈性板的計(jì)算中，彈性板上已經(jīng)沒有作用豎向荷載，起作用的僅是彈性板的面內(nèi)剛度和面外剛度，這樣的工作方式不符合樓板實(shí)際的工作狀況，因此也得不出彈性樓板本身的配筋計(jì)算結(jié)果。

有限元方式是在上部結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，恒活面荷載直接作用在彈性樓板上，不被導(dǎo)算到周邊的梁墻上，板上的荷載是通過板的有限元計(jì)算才能導(dǎo)算到周邊桿件。這樣的工作方式與平面導(dǎo)荷方式相比有兩個(gè)主要變化：

一是經(jīng)有限元計(jì)算板上荷載不僅傳到周邊梁墻，也同時(shí)傳給柱，換句話說柱的受力增加，梁承受的荷載將減少。特別是平面導(dǎo)荷方式傳給周邊梁墻的荷載只有豎向荷載，沒有彎矩，而有限元計(jì)算方式傳給梁墻的不僅有豎向荷載，還有墻的面外彎矩和梁的扭矩，對(duì)于邊梁或邊墻這種彎矩和扭矩常是不應(yīng)忽略的；

二是彈性板既參與了恒活豎向荷載計(jì)算，又參與了風(fēng)、地震等水平荷載的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果可以直接得出彈性板本身的配筋。

有限元方式可以佐證上述林同炎大師的結(jié)論！

4  設(shè)計(jì)方法建議

等代梁的概念來源于鋼筋《混凝土升板結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》，是為了模擬無梁板剛度以及便于荷載在柱上板帶與跨中板帶而提出的用于結(jié)構(gòu)分析時(shí)的概念，要想利用結(jié)構(gòu)分析軟件的結(jié)果，那么在建模中要注意的一些準(zhǔn)備工作，在《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》 （典型教材或資料，第二本）中已有細(xì)致、明確的提醒?？春罂梢缘贸鼋Y(jié)論，要想直接利用軟件（以SATWE為例）的結(jié)果，要做大量而細(xì)致的手工補(bǔ)充計(jì)算，稍不留神，就會(huì)犯錯(cuò) ！而且效率大大降低！

如果只需要設(shè)計(jì)無梁樓板，且不考慮水平荷載作用時(shí)，還可以采用虛梁建模。用虛梁建模的注意事項(xiàng)，各個(gè)分析軟件都有相關(guān)說明。如在YJK中，無梁樓蓋設(shè)計(jì)在YJK現(xiàn)有的建模、上部計(jì)算、樓板施工圖三個(gè)模塊中就可完成，而且無梁樓蓋的設(shè)計(jì)可以和其它結(jié)構(gòu)整體建模和分析協(xié)同工作，是融入其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中的。大致流程是：

1.在建模中布置無梁樓蓋的虛梁（或暗梁）和柱帽；

2.在上部結(jié)構(gòu)計(jì)算中采用彈性板3或彈性板6模型，彈性板荷載計(jì)算方式應(yīng)選擇有限元方式；計(jì)算結(jié)果中補(bǔ)充了柱的沖切計(jì)算；

3.在樓板設(shè)計(jì)中采用樓板有限元計(jì)算，并按照柱上板帶、跨中板帶給出計(jì)算結(jié)果和樓板施工圖設(shè)計(jì)。

采用虛梁建模時(shí)，房間（大板）內(nèi)需增加布置虛梁，以便得到準(zhǔn)確受力！

為了保證彈性板與梁變形協(xié)調(diào)，應(yīng)勾選參數(shù)“梁與彈性板變形協(xié)調(diào)”，這樣梁的中間節(jié)點(diǎn)和板的中間節(jié)點(diǎn)是聯(lián)系在一起工作的。但是，如果不勾選這個(gè)參數(shù)，板只在梁端節(jié)點(diǎn)和梁連接，不能發(fā)揮出板和梁共同工作的能力。

6  板單元選擇

樓板作為一種空間薄殼結(jié)構(gòu)，可以用殼單元來模擬其剛度。

樓板剛度（殼單元）由面內(nèi)剛度和面外剛度兩部分組成：

面內(nèi)剛度——膜剪切單元。

面外剛度——板彎曲單元。

樓板分析可以有以下幾種分析模型：

剛性樓板：平面內(nèi)剛度無限大；平面外剛度為0。

彈性板6：平面內(nèi)、平面外都按實(shí)際剛度計(jì)算 。

彈性板3：平面內(nèi)剛度無限大；平面外按實(shí)際剛度計(jì)算 。

彈性膜：平面內(nèi)按實(shí)際剛度計(jì)算；平面外剛度為0 。

各種樓板特性的應(yīng)用條件:

剛性樓板

“剛性樓板”的適用范圍：絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)只要樓板沒有特別的削弱、不連續(xù)，均可采用這個(gè)假定。

相關(guān)注意：由于“剛性樓板假定”沒有考慮板面外的剛度，所以可以通過“梁剛度放大系數(shù)”來提高梁面外彎曲剛度，以彌補(bǔ)面外剛度的不足。同樣原因，也可通過“梁扭矩折減系數(shù)”來適當(dāng)折減梁的設(shè)計(jì)扭矩。

彈性板6

“彈性板6 ”的適用范圍：所有的工程均可采用。

相關(guān)注意：由于已經(jīng)考慮樓板的面內(nèi)、面外剛度，則梁剛度不宜放大、梁扭矩不宜折減。板的面外剛度將承擔(dān)一部分梁柱的面外彎矩，而使梁柱配筋減少。此時(shí)結(jié)構(gòu)分析時(shí)間大大增加。

彈性板3

“彈性板3 ”的適用范圍：需要保證樓板平面內(nèi)剛度非常大，如厚板轉(zhuǎn)換層中的厚板，板厚達(dá)到1m以上。而面外剛度則需要按實(shí)際考