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[摘要]随着城市交通迅猛发展，地下停车建筑大量兴建，采用无梁楼盖作为地下车库顶板被广泛采用，本文就采用无梁楼盖作为地下车库顶板从结构形式、计算方法及经济性等多个方面进行分析、比较，为以后进行类似设计工作提供帮助。
[关键词]地下车库；无梁楼盖；有限元分析；SLABCAD
中图分类号：O434.19 文献标识码：A 文章编号：
[Abstract] With rapid development of urban traffic, as to underground parking building a large building, the flat slab floor underground garage as roof to be used extensively, this paper USES flat slab floor underground garage as a form of structure, the roof from calculation method and economy, and many other aspects of analysis, comparison, to carry on the design work to help provide similar.
[Key Words] underground garage; flat slab floor; finite element analysis; SLABCAD
0引言
随着国家经济快速发展，人民生活水平的提高，城市汽车保有量在迅速提高，停车难成为大多数城市发展的桎梏，地面停车已经远远不能满足要求，根据园林绿化要求使得很多住宅小区已经取消地面停车，所以建造地下停车库成为目前城市建筑设计的首要选择。
目前地下车库设计过程中一般选用两种楼盖形式：梁板楼盖和无梁楼盖。梁板结构楼盖体系简单，计算软件模拟度高，一般的建筑结构楼面均采用梁板结构；地下车库一般顶板荷载较大，抗侧力要求较低，设备管道较多，无梁楼盖较之传统的梁板结构体系它具有建筑效果好，可有效地降低地下室层高、方便设备安装等优点，非常适合采用无梁楼盖作为地下车库顶板。
1.受力机理
无梁楼盖是由楼板、柱和柱帽组成的板柱结构体系，楼面荷载直接由板传给柱及柱下基础。柱上板带可以近似认为是超宽梁。其受力机理为：部分楼面荷载通过柱上板带直接传递给柱，其余部分荷载对柱上板带产生扭矩进行传递，柱上板带视为扭臂，柱上板带又将这些扭矩及弯矩传递给柱，由柱承受竖向荷载及弯矩，最终由柱传递给基础。
2.计算方法
无梁楼盖设计时的受力分析常采用以下三种方法计算。
1.经验系数法：经验系数法是最为简单、方便的方法，因而被广泛采用。经验系数法是在试验研究与实践经验的基础上提出来的，计算的思路是先按简支梁的计算模型取单跨进行计算，首先算出总弯矩，再乘上弯矩分配系数，即得各截面的弯矩。但此法适用的条件比较严苛，必须符合下列条件：1）活荷载为均布荷载且不大于恒荷载的3倍，不考虑活荷载的不利组合。2）每个方向至少应有三个连续跨。3）任一区格内的长边与短边之比应不大于2。4）同一方向上的最大跨度与最小跨度之比应不大于1.2，且两端跨不大于相邻的内跨。
2.等代框架法：即将整个无梁楼盖结构划分为纵、横两个方向的等代框架。就是把板带等效成相应刚度的梁，再与柱子组合成框架参与整体计算得出总弯矩，再根据分配系数对各控制截面进行分配。等代框架的梁的宽度取值时应注意，当竖向荷载作用时，取板跨中心线之间的距离；当水平荷载作用时，则取板跨中心线之间距离的一半较为适宜。等代框架梁的高度取板的厚度。等代框架法可用于经验系数法受到限制处，但任一区格的长跨与短跨之比也不应大于2。
3.有限元计算方法：由于受地下车库周边建筑物布置的影响，局部有些地方板块划分会出现一些不规则板块，利用经验系数法或等代框架法无法较为准确的计算，这时可以借助有限元分析方法进行辅助计算，有限元分析计算量较为浩大，一般借用计算机软件进行分析计算，较为常用的是PKPM系列软件中的复杂楼板分析与设计软件（SLABCAD）。
SLABCAD软件为借鉴板柱体系常用的等代框架的思路，把楼板划分为柱上板带和跨中板带，对柱上板带，水平荷载作用下的内力取SATWE的计算结果，竖向作用（包括预应力荷载）内力按有限元分析结果进行积分；跨中板带只取有限元积分的结果。在SLABCAD软件中可添加柱帽，可对楼板不规则开洞可进行较为准确的模拟，还可以在楼板上添加任意的荷载、输入支座沉降及约束等补充数据。
SLABCAD软件对无梁楼盖的计算内容主要包括楼板的内力、配筋计算以及板的冲切验算、挠度验算和裂缝验算。在此必须注意的是：由于有限元的计算原理所致，对于楼板的有限元划分长度不一样可能会对计算结果产生一定的影响。在实际使用过程中发现软件在柱上板带配筋时未能考虑柱帽的作用，导致局部应力、配筋突变，不符合基本的力学规律。
以上各种无梁楼盖的计算方法，每种方法均有其利弊，在实际工程中应加以
区别应用，必要时应将各种方法结合起来使用：柱网较为整齐，符合经验系数法
计算要求时可采取经验系数法；需要计算水平力及柱计算时可采用等代框架法进行补充计算；当存在不规则板块、施加预应力、存在特殊荷载及要求挠度、裂缝计算时可采用有限元计算方法。
3.经济性比较
对同一地下车库采用梁板楼盖和无梁楼盖两种楼盖形式，对其经济性进行比较。覆土厚度均为1.8m，活荷载10KN/m2，柱网均为8.4mX8.4m，层高均按净高为3.3m确定，均不考虑水平力作用。梁板楼盖分为设次梁和不设次梁两种方式布置。按实际计算结果配筋后，主要材料用量见下表：
楼盖形式 主梁高(mm) 次梁高(mm) 板厚
(mm) 层高
(m) 单位面积
混凝土用量(m3/m2) 单位面积
钢筋用量(kg/m2)
梁板（无次梁） 900 / 280 4.2 0.50 87.49
梁板（有次梁） 900 650 150 4.2 0.42 90.60
无梁板 / / 400 3.7 0.55 69.05
由上表可以看出，在相同荷载作用下，采用无梁樓盖相对无次梁的梁板楼盖来说，单位面积混凝土用量增加10%，单位面积钢筋用量减少21%。综合来看，采用无梁楼盖作为地下车库顶板较梁板楼盖可节约15%左右工程造价。但无梁楼盖结构形式的不足之处在于：当柱网尺寸较大时，无梁楼板的挠度、裂缝较大，此时控制钢筋用量的因素即由承载力控制转变为使用阶段控制，从而导致用钢量增大。
另外，采用无梁楼盖时可增加使用净高，便于设备专业管道敷设，减小土方开挖工程量，减少基坑支护工程量和排水费用。施工较为方便，支模相对简单，节省模板，施工工期较短等优点，可间接提高工程的经济性。
4.总结
地下车库顶板采用无梁楼盖结构体系，经济性相比梁板式结构较好，计算方法多样，可靠性也有良好的保证，在一般情况下可广泛采用。实际工程形式多样，任何楼盖形式都有其优缺点，在具体设计过程中应根据工程具体情况选择合理的楼盖形式，并选择科学的计算方法，注意构造措施的采用，从而保证结构的安全、可靠、经济。
参考文献
[1]朱聘儒.双向板无梁楼盖.中国建筑工业出版社，1999.
[2]李国胜.实用建筑结构工程师手册中国建筑工业出版社，1997
[3]朱炳寅.无梁楼盖结构计算方法的分析与思考建筑结构，1999.
[4]复杂楼板分析与设计软件用户手册中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]地下车库；无梁楼盖；有限元分析；SLABCAD
中图分类号：O434.19 文献标识码：A 文章编号：
[Abstract] With rapid development of urban traffic, as to underground parking building a large building, the flat slab floor underground garage as roof to be used extensively, this paper USES flat slab floor underground garage as a form of structure, the roof from calculation method and economy, and many other aspects of analysis, comparison, to carry on the design work to help provide similar.
[Key Words] underground garage; flat slab floor; finite element analysis; SLABCAD
0引言
随着国家经济快速发展，人民生活水平的提高，城市汽车保有量在迅速提高，停车难成为大多数城市发展的桎梏，地面停车已经远远不能满足要求，根据园林绿化要求使得很多住宅小区已经取消地面停车，所以建造地下停车库成为目前城市建筑设计的首要选择。
目前地下车库设计过程中一般选用两种楼盖形式：梁板楼盖和无梁楼盖。梁板结构楼盖体系简单，计算软件模拟度高，一般的建筑结构楼面均采用梁板结构；地下车库一般顶板荷载较大，抗侧力要求较低，设备管道较多，无梁楼盖较之传统的梁板结构体系它具有建筑效果好，可有效地降低地下室层高、方便设备安装等优点，非常适合采用无梁楼盖作为地下车库顶板。
1.受力机理
无梁楼盖是由楼板、柱和柱帽组成的板柱结构体系，楼面荷载直接由板传给柱及柱下基础。柱上板带可以近似认为是超宽梁。其受力机理为：部分楼面荷载通过柱上板带直接传递给柱，其余部分荷载对柱上板带产生扭矩进行传递，柱上板带视为扭臂，柱上板带又将这些扭矩及弯矩传递给柱，由柱承受竖向荷载及弯矩，最终由柱传递给基础。
2.计算方法
无梁楼盖设计时的受力分析常采用以下三种方法计算。
1.经验系数法：经验系数法是最为简单、方便的方法，因而被广泛采用。经验系数法是在试验研究与实践经验的基础上提出来的，计算的思路是先按简支梁的计算模型取单跨进行计算，首先算出总弯矩，再乘上弯矩分配系数，即得各截面的弯矩。但此法适用的条件比较严苛，必须符合下列条件：1）活荷载为均布荷载且不大于恒荷载的3倍，不考虑活荷载的不利组合。2）每个方向至少应有三个连续跨。3）任一区格内的长边与短边之比应不大于2。4）同一方向上的最大跨度与最小跨度之比应不大于1.2，且两端跨不大于相邻的内跨。
2.等代框架法：即将整个无梁楼盖结构划分为纵、横两个方向的等代框架。就是把板带等效成相应刚度的梁，再与柱子组合成框架参与整体计算得出总弯矩，再根据分配系数对各控制截面进行分配。等代框架的梁的宽度取值时应注意，当竖向荷载作用时，取板跨中心线之间的距离；当水平荷载作用时，则取板跨中心线之间距离的一半较为适宜。等代框架梁的高度取板的厚度。等代框架法可用于经验系数法受到限制处，但任一区格的长跨与短跨之比也不应大于2。
3.有限元计算方法：由于受地下车库周边建筑物布置的影响，局部有些地方板块划分会出现一些不规则板块，利用经验系数法或等代框架法无法较为准确的计算，这时可以借助有限元分析方法进行辅助计算，有限元分析计算量较为浩大，一般借用计算机软件进行分析计算，较为常用的是PKPM系列软件中的复杂楼板分析与设计软件（SLABCAD）。
SLABCAD软件为借鉴板柱体系常用的等代框架的思路，把楼板划分为柱上板带和跨中板带，对柱上板带，水平荷载作用下的内力取SATWE的计算结果，竖向作用（包括预应力荷载）内力按有限元分析结果进行积分；跨中板带只取有限元积分的结果。在SLABCAD软件中可添加柱帽，可对楼板不规则开洞可进行较为准确的模拟，还可以在楼板上添加任意的荷载、输入支座沉降及约束等补充数据。
SLABCAD软件对无梁楼盖的计算内容主要包括楼板的内力、配筋计算以及板的冲切验算、挠度验算和裂缝验算。在此必须注意的是：由于有限元的计算原理所致，对于楼板的有限元划分长度不一样可能会对计算结果产生一定的影响。在实际使用过程中发现软件在柱上板带配筋时未能考虑柱帽的作用，导致局部应力、配筋突变，不符合基本的力学规律。
以上各种无梁楼盖的计算方法，每种方法均有其利弊，在实际工程中应加以
区别应用，必要时应将各种方法结合起来使用：柱网较为整齐，符合经验系数法
计算要求时可采取经验系数法；需要计算水平力及柱计算时可采用等代框架法进行补充计算；当存在不规则板块、施加预应力、存在特殊荷载及要求挠度、裂缝计算时可采用有限元计算方法。
3.经济性比较
对同一地下车库采用梁板楼盖和无梁楼盖两种楼盖形式，对其经济性进行比较。覆土厚度均为1.8m，活荷载10KN/m2，柱网均为8.4mX8.4m，层高均按净高为3.3m确定，均不考虑水平力作用。梁板楼盖分为设次梁和不设次梁两种方式布置。按实际计算结果配筋后，主要材料用量见下表：
楼盖形式 主梁高(mm) 次梁高(mm) 板厚
(mm) 层高
(m) 单位面积
混凝土用量(m3/m2) 单位面积
钢筋用量(kg/m2)
梁板（无次梁） 900 / 280 4.2 0.50 87.49
梁板（有次梁） 900 650 150 4.2 0.42 90.60
无梁板 / / 400 3.7 0.55 69.05
由上表可以看出，在相同荷载作用下，采用无梁樓盖相对无次梁的梁板楼盖来说，单位面积混凝土用量增加10%，单位面积钢筋用量减少21%。综合来看，采用无梁楼盖作为地下车库顶板较梁板楼盖可节约15%左右工程造价。但无梁楼盖结构形式的不足之处在于：当柱网尺寸较大时，无梁楼板的挠度、裂缝较大，此时控制钢筋用量的因素即由承载力控制转变为使用阶段控制，从而导致用钢量增大。
另外，采用无梁楼盖时可增加使用净高，便于设备专业管道敷设，减小土方开挖工程量，减少基坑支护工程量和排水费用。施工较为方便，支模相对简单，节省模板，施工工期较短等优点，可间接提高工程的经济性。
4.总结
地下车库顶板采用无梁楼盖结构体系，经济性相比梁板式结构较好，计算方法多样，可靠性也有良好的保证，在一般情况下可广泛采用。实际工程形式多样，任何楼盖形式都有其优缺点，在具体设计过程中应根据工程具体情况选择合理的楼盖形式，并选择科学的计算方法，注意构造措施的采用，从而保证结构的安全、可靠、经济。
参考文献
[1]朱聘儒.双向板无梁楼盖.中国建筑工业出版社，1999.
[2]李国胜.实用建筑结构工程师手册中国建筑工业出版社，1997
[3]朱炳寅.无梁楼盖结构计算方法的分析与思考建筑结构，1999.
[4]复杂楼板分析与设计软件用户手册中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。