羅慶剛

（廣東博意建筑設(shè)計院有限公司 廣東佛山 528000）

引言

近年來，為滿足地下室大跨度柱網(wǎng)的要求以及地下室頂板覆土種植的需要，地下室頂板采用無次梁的框梁大板結(jié)構(gòu)越來越普遍。在規(guī)范執(zhí)行層面，多地的審圖單位要求地下室頂板應(yīng)執(zhí)行《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》的要求，即種植頂板厚度不應(yīng)小于250mm；另外，地下室的頂板通常作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)。為滿足規(guī)范要求，并充分發(fā)揮厚板作用，地下室頂板采用無次梁的框梁大板結(jié)構(gòu)受到結(jié)構(gòu)設(shè)計師的歡迎，因此研究框梁大板結(jié)構(gòu)在地下室頂板中的應(yīng)用具有重要意義。

1 地下室頂板采用框梁大板結(jié)構(gòu)所擁有的優(yōu)勢

在地下室頂板中，采用無次梁框梁大板結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點：

（1）滿足規(guī)范要求

如引言所指，框梁大板結(jié)構(gòu)既能達(dá)到種植頂板厚度不小于250mm的要求，又能滿足地下室頂板作為上部嵌固部位應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)的要求，能有效執(zhí)行相關(guān)規(guī)范條文。

（2）施工方便快捷

在地下室施工時，由于框梁大板結(jié)構(gòu)沒有次梁，模板施工和鋼筋綁扎快捷方便，可以減小模板用量，縮短工程的施工時間。

（3）梁、板構(gòu)件的受力合理

樓板在豎向荷載的作用下，在板中會產(chǎn)生拱效應(yīng)，這樣在梁內(nèi)產(chǎn)生軸力，類似于拱橋的受力特點；大板也可以看成雙向拱的拱殼空間結(jié)構(gòu)，其受力性能要明顯的比平面構(gòu)件受力有利。與十字梁結(jié)構(gòu)相比，由于沒有次梁產(chǎn)生的跨中集中荷載，這樣對于荷載傳遞時其受力更加均勻，能有效減小梁的彎矩值。

（4）室內(nèi)空間充分利用，觀感舒適

框梁大板結(jié)構(gòu)不設(shè)次梁，可以提高樓層高度的利用率，相對于井字梁和十字梁樓蓋而言，對設(shè)備管線的布置、通風(fēng)等均有明顯優(yōu)勢。另外，大面積的樓板底面平整度給人以良好的視覺體驗。

2 地下室頂板采用框梁大板結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理

通常人們所說的框梁大板結(jié)構(gòu)主要指的現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)布置時，在結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)中僅僅布設(shè)軸網(wǎng)中的框架梁，并不設(shè)置其他形式的次梁。地下室頂板為滿足種植頂板的構(gòu)造要求，樓板厚度不小于250mm，板剛度較大，此時若采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，即梁作為樓板不動支座的假定，計算結(jié)果與實現(xiàn)情況會有較大差異。根據(jù)同行專家采用有限元和簡化分析的方法得出的結(jié)論，梁和板的剛度比值對板的彎矩和變形有很大影響，對中部梁來說，當(dāng)梁相對于板的剛度較大時，梁的變形相對較小，梁可視作板的不動支座，板的支座最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在梁的中部（圖1），此時板的計算結(jié)果與手冊法相似；當(dāng)梁的剛度相對于板剛度逐漸減小時，板的支座負(fù)彎矩將向柱子支座靠近，當(dāng)梁板剛度比進(jìn)一步減小時，板于柱支座處出現(xiàn)較大負(fù)彎矩（圖2），板的內(nèi)力走向與無梁樓蓋相似。

圖1 Y向板面配筋＜一＞

圖2 Y向板面配筋＜二＞

另外對于梁的設(shè)計考慮整體澆注梁、板共同受力時，由于在重力荷載下，梁支座處上部彎曲受拉，而樓板作為梁翼緣參與彎曲受拉，此時類似T型梁受力中性軸上移，樓板產(chǎn)生軸拉力，而矩形梁為軸壓力，故梁支座配筋可有效減小。若忽略樓板翼緣的作用，往往造成梁端支座配筋過大，不僅是造成浪費，而且降低了梁端出現(xiàn)塑性鉸的可能性，使結(jié)構(gòu)延性大大降低。很多震害資料顯示，整體澆注混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，主要表現(xiàn)為豎向構(gòu)件即剪力墻或框架柱的剪切或壓屈破壞（圖3），而與其相連的框架梁未見正截面鋼筋屈服，即未形成耗能塑性鉸，很快就進(jìn)入脆性破壞階段，這主要是由于設(shè)計中往往忽略了樓板對梁剛度的加強(qiáng)作用帶來的不良影響?？梢姡?dāng)?shù)叵率翼敯搴穸容^大時，應(yīng)重視梁和板的變形協(xié)調(diào)，正確考慮板和梁的內(nèi)力特征，使設(shè)計更加合理、經(jīng)濟(jì)、安全。

圖3 地震震害圖片資料

3 YJK考慮梁板共同作用時的參數(shù)設(shè)置

主流的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件如PKPM、YJK等均已實現(xiàn)對梁板共同作用的分析。下面以YJK為例簡單介紹框梁大板結(jié)構(gòu)考慮梁板共同作用時的參數(shù)設(shè)置：

（1）于“前處理及計算”的“板屬性”中定義彈性板6。彈性板6是殼單元，既有面內(nèi)剛度又有面外剛度，屬于最能反應(yīng)樓板真實狀況的力學(xué)模型。

（2）采用有限元導(dǎo)荷載。傳統(tǒng)的平面?zhèn)骱奢d方向只將板上的荷載導(dǎo)到周邊的梁和墻構(gòu)件上，而有限元導(dǎo)荷可以同時把一部位荷載導(dǎo)到柱上，并能傳遞梁的扭矩和墻的面外彎矩，更符合實現(xiàn)情況。

（3）板單元尺寸一般取500mm，復(fù)雜板格一般加密單元格復(fù)核。

（4）勾選“梁與彈性板變形協(xié)調(diào)”。

（5）梁剛度放大系數(shù)1.0，梁扭矩折減系數(shù)1.0。梁板協(xié)同工作時已考慮樓板剛度和作用，無需重復(fù)考慮樓板對梁的影響。

（6）板配筋可直接采用等值線結(jié)果或采用板施工圖模塊中的結(jié)果。當(dāng)板支座負(fù)彎矩沿梁變化較大時，可分段配筋。

4 總結(jié)

（1）地下室采用框梁大板具有滿足規(guī)范、施工便捷、受力合理、有利于管線布置和通風(fēng)、觀感舒適等優(yōu)點。

（2）整澆框梁大板結(jié)構(gòu)中，梁板剛度比對樓板彎矩和變形影響較大，樓板配筋時應(yīng)充分考慮；而考慮梁板共同作用有利于降低梁支座配筋，達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的要求，有效提高結(jié)構(gòu)延性。

（3）主流軟件已實現(xiàn)梁板共同作用的分析和設(shè)計。

5 結(jié)束語

框梁大板結(jié)構(gòu)是一種受力合理且有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的結(jié)構(gòu)，非常適合于荷載較大且有種植要求的地下室結(jié)構(gòu)中，有效節(jié)省造價和工期，為項目獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]傅學(xué)怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計（第二版）.中國建筑工業(yè)出版社ISBN978-7-112-1198：6～8.

[2]王志遠(yuǎn)，魏璉，藍(lán)宗建.考慮鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)相互作用時樓板合理設(shè)計方法的研究.建筑結(jié)構(gòu)，2003（9）.

[3]吳沛蕓，吳兵，傅學(xué)怡.梁板剛度比變化對板內(nèi)力的影響.廣東土木與建筑，2008（11）.

[4]謝志秦，胡小勇.現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中梁與板協(xié)同作用研究.四川建筑科學(xué)研究，2011（10）.