建筑・节能 ＬｏＷ ＣＡＲＢｏＮ Ｗ０ＲＬＤ ２ｏｌ４，６ 无梁楼盖设计探讨 吴 佳（广东省建筑设计研究院，广东广州５１００１０） 【摘 要】本文在阐述无梁楼盖结构体系及其主要设计形式的基础上，分析了无梁楼盖结构体系的受力特点，研究了无梁楼盖结构体系设计中 的计算方法及运用，最后结合使用ＰＫＰＭ软件对无梁楼盖结构设计进行了分析。 【关键词】无梁楼盖；设计；结构体系；经验系数法；等代框架法 【中图分类号】ＴＵ２３ １ 【文献标识码】Ｂ 【文章编号】２０９５—２０６６（２０１４）１２—０２００～０３ 引言 随着建筑业的发展，建筑的数量逐渐增多，建筑界的建筑 技术也显现出明显高峰。与此同时，人们对高建的施工技术要 求也上升到了一个新的领域 高层建筑已经突破传统的规矩． 变得越来越不规则，这就变相的提高的工程师对建筑设计方 面的要求，随着建筑材料的发展和理论研究的不断深入、完 善．新的结构体系不断出现，加之地下车库等地下建筑工程的 普及和大型商业建筑的发展．建筑物结构越来越复杂．与此同 时，人们对现代建筑要求也趋于对大开间，高净空，舒适度，隔 音、节能环保，经济合理等方面的更高要求。传统梁板结构具 有层高高、外观效果差、建筑布置呆滞、隔音差、自重大、空间 利用率不高的的特点。无梁楼盖早在１９０６年始创于美国，在 理论方面及试验方面都做了大量工作，国内外建造甚多，是一 种成熟的结构形式。在建筑物高度或层高受限的情况下，采用 无梁楼盖是增加楼层使用空间高度的最有效方法，无梁楼盖 结构可有效的提高结构的抗裂性、提升整体刚度、增加结构的 耐久性．并且无梁楼盖能够使得室内无梁视觉效果更好，节省 建筑有效空间，故无梁楼盖结构得到越来越多的应用，因此，对 建筑结构中无梁楼盖的设计和计算进行探讨具有重要的意义 １无梁楼盖结构体系概述 １．１无梁楼盖结构体系 无梁楼盖是因楼盖中不设梁而得名 在楼盖中不设置梁 肋，将板直接支承在柱上．楼面荷载直接通过柱子传至基础它 是一种双向受力楼盖，它与柱组成板柱结构体系 无梁楼盖结 构具有传力直接、能最大限度地扩大楼层净高等优点。在传统 的平板无梁楼盖和带柱帽的无梁楼盖基础之上，现在又出现 了诸如密肋板无梁楼盖、预应力无梁楼盖、预应力空心板无梁 楼盖等各种新型的无粱楼盖结构形式。在非抗震设防区采用 无梁楼盖结构具有较好的经济和安全效益，在抗震设防区．当 因城市规划需要房屋建筑高度受到限制时，采用板柱结构也 会取得较好的经济效益，但应注意要采取针对性的抗震措施。 １．２无梁楼盖结构优点 与有梁楼盖想比，无粱楼盖结构具有很多优点：可以降低 结构构件的高度，减少层高，增加室内净空高度：能够降低楼 层间的噪音干扰，增强楼盖的保湿隔热性能：由于顶部平整． 有利于空间的灵活分隔，改善结构的视觉效果：减轻楼盖自 重、节省柱和基础造价；采用支平板模构建空心的楼盖结构． 施工简单．可以提高工程施工速度，节约工期。但无梁楼盖结 构体系也有其自身的缺点：需要较厚的板、较多的混凝土和钢 筋，并且在结构性能方面．由于取消了肋梁，使无梁楼盖结构 体系的抗弯刚度减小、挠度增大，柱子周边的剪应力高度集 中，可能会引起局部板的冲切破坏，无梁板的延性较差，板在 柱帽或者柱顶出的破坏属于脆性冲切破坏 目前无梁楼盖结 构被广泛使用在地下建筑工程、大型商业建筑以及高层写字 楼和酒店式公寓的设计中 在地下车库等工程中的应用，能够 有效的降低层高，缩短竖向构件的高速，减少土石方开挖量和 底板及侧壁的钢筋含量：在大型商业和高层写字楼以及酒店 式公寓中采用，能够有效减少层高，增加净高，减少吊顶，天棚 面视觉效果美观，保湿隔热性能得到提高。 ２无梁楼盖结构组成及主要设计形式 ２．１无梁楼盖结构组成 无梁楼盖结构主要是由板和柱构成．无梁楼盖直接支承 在柱上（其周边可能支承在承重墙上），故板厚要大些。由于柱 顶处平板直接将荷栽传递给柱．因此会在柱顶形成集中受力 区域，产生柱头对板的冲切破坏，为了防止这种破坏的发生． 增强板与柱的整体连接．通常在柱顶上设置柱帽，其作用主要 是有利于荷载的合理分布．有效地减小板的计算跨度，使板的 配筋经济合理。当柱网尺寸和楼面活荷载较小时，可不设柱 帽。柱和柱帽的截面形状可设计成矩形或圆形 无梁楼板为实 心平板，材料以钢筋混凝土为主，板与柱通过节点连接．周边 通常设置边梁增强结构整体性及抗扭性。无梁楼盖结构中的 板又可分为柱上板带和跨中板带。为了提高结构的抗震性能． 应在柱上板带设置暗梁．以提高结构的整体性 无梁楼盖又分 为板柱结构和板柱一剪力墙结构 板柱结构由楼板、柱和柱帽 组成：板柱一剪力墙结构由楼板、柱、柱帽和剪力墙组成。 ２．２无梁楼盖结构主要设计形式 无梁楼盖其自身是建筑中仅有的水平构件．是直接布置 于柱上或墙上的楼盖结构体系 按楼面结构形式分为平板式 和双向密肋式：也可在双向密肋的空隙内，填以轻质块材。按 有无柱帽分为无柱帽轻型无梁楼盖和有柱帽无梁楼盖 无梁 楼盖一般包括以下三种形式： （１）平板无梁楼盖：其组成仅包括柱及平板，结构示意如 图１所示，通常用于对建筑空间有功能和美观要求的写字楼 和住宅中 这种楼盖在节点处平板受柱的冲切作用较大．需要 在柱顶处在平板内设置受剪配筋来加强 这种楼盖常用于非 抗震地区，在地震区则要结合剪力墙或筒体来改善结构抗震 性能。来改善结构抗震性能。 图１平板无梁楼盖结构示意图 （２）有柱帽无梁楼盖：其组成包括柱、柱帽、柱上托板及平 板．结构示意如图２所示 柱帽及柱上托板不仅仅能够使得板 和柱能够更好的连接，同时柱帽的存在减小了板的计算跨度， 缓和柱对平板的冲切作用．使得楼面荷栽更为有效合理地传 递到竖向承重上．还能减少板的计算跨度和柱的计算长度。此 种型式在跨度较大的公共场所使用较多，比如：图书馆、停车 场等 ＬｏＷ ＣＡＲＢｏＮ Ｗ０ＲＬＤ ２０１４／６ 建筑・ 能 总弯矩分配给同一方向的柱上和跨中板带。计算过程简便，被 广泛采用。用该法计算时，板面荷栽取全部均布荷载，而不必 考虑活荷载的不利组合。经验系数法板带弯矩分配系数如表１ 所示。 表１经验系数法板带弯矩分配系数 截面位置 支座处截面 内跨 柱上板带 Ｏ．５０ ０．１８ Ｏ．３３ 跨中板带 ０．１７ Ｏ．１５ ０．０４ 跨中处截面 边支座处截面 图２有柱帽无粱楼盖结构示意图 端跨 跨中处截面 第一内支座处截面 ０．２６ Ｏ．５Ｏ ０．２２ ０．１７ （３）双向密肋无梁楼盖：这种楼盖是在厚板下面规则地挖 出一系列立方体后而成形的．其保留部分即为肋．因为肋间距 为０．９—１．２ｍ。故称为密肋式。结构示意如图３所示 有单向和 利用经验系数法计算无梁楼盖十分简便．只需算出各区 双向之分，一般情况肋距不大于１．５ｍ．密肋楼盖的Ｔ形截面 可以按截面惯性矩相当的原则而折算成一定厚度的实体板。 双向密肋楼盖因为双向共同承受荷载作用所以受力性能较好。 挂上扳带 踌中扳替 Ｌ ｙ ｌ ： ｊ 兰 ｊ 图３无梁楼盖的板带划分 ３无梁楼盖结构体系受力特点 无梁楼盖可按柱网划分成若干区格．将其视为由支承在 柱上的“柱上板带”和弹性支承于“柱上板带”上的“跨中板带” 组成的水平结构．如图３所示 “柱上板带”相当于以柱为支承点的连续梁（柱的线刚度 相对较小时）或与柱整体连接的框架扁梁（柱的线刚度相对较 大时），而“跨中板带”相＇３于弹性支承在另一方向柱上板带上 －的连续梁。无梁楼盖它比相同柱网尺寸的肋梁楼盖的挠度大， 故无梁楼盖的板厚要大些。荷载按照纵横两个方向分别传递， 由“跨中板带”传至“柱上板带”，再传给柱。最后传给柱下基 础，无梁楼盖与柱之间仅由节点相连结．其连续性较差，不利 于承受水平荷载。同时在柱的四周，剪力和负弯矩过于集中， 容易发生冲切破坏和弯曲破坏。无梁楼盖在荷载作用下的变 形比肋梁楼盖大，在板格中部则是板底受拉，变形图为抛物线 的凹面 如图４所示 图４无梁楼盖一个区格的变形示薏图 ４无梁楼盖结构体系设计计算方法 无梁楼盖有很多分析方法．计算机计算方法是有限元分 析法。手算方法中等代框架法较为成熟、经验系数法应用较为 广泛。 ４．１经验系数法 经验系数法直接给出两个方向的截面总弯矩．再将截面 格方向的总弯矩，然后查表１，将计算得到的总弯矩，乘上相 应的分配系数即可得到相应板带各控制截面的弯矩 对Ｘ、Ｙ方向板的总弯矩设计值按照下式计算： Ｍｏｘ＝ｑｌ （１ 一２Ｃ／３）２／８ Ｍｏｖ＝ｑｌ （１ 一２Ｃ／３）２／８ 式中：Ｍ ，Ｍ 相当于简支梁在均布荷载作用下的跨中 弯矩。 ４．２等代框架法 等代框架法．这种方法把无梁楼盖结构沿两个正交方向 分别划分为相当于“框架梁”和“框架柱”概念的框架。在等代 框架中，在竖向荷载作用下．等代框架梁的宽度取与梁跨方向 相垂直的板跨中心线间的距离，其值大大超过柱宽．故仅有一 部分竖向荷载（大体相应于柱或柱帽的那部分荷载）产生的弯 矩可以通过板直接传递给柱，其余都要通过扭矩进行传递。在 无梁楼盖等代框架中的柱应该是包括柱（柱帽）和两侧扭臂在 内的等代柱。它的刚度应为考虑柱的受弯刚度和扭臂的受扭 刚度后的等代刚度 等代框架的受力方面，部分竖向荷载产生 的弯矩通过柱帽直接传递给柱．部分竖向荷栽产生的弯矩通 过扭矩进行传递；柱视为包括枉（柱帽）和两侧扭臂在内的等 代柱，其刚度应考虑柱的受弯刚度和扭臂的受扭刚度；柱和等 代梁的截面和跨度的确定，应考虑柱帽的影响。按等代框架计 算时。应考虑活荷载的不利组合。但＇３－活荷载不超过恒荷载的 ７５％时，可按满荷载法计算。按框架内力分析得出的柱内力， 可以直接用于柱的截面设计：对于梁的内力．还需分配给不同 的板带。表２所示为等代平面框架法计算过程分析。 表２等代平面框架法计算过程分析比较表 荷载工况 等代梁宽度取值 荷载取值 计算方法 内力取值 （１）在竖 取等于板跨中 单向加全载．即各 ①手算； 采用经验系数法 向荷栽作 线之间的距离．即 单向框架承受全部 ②平面空问分 确定柱上及跨中 用下 ｋ及Ｌ 柱距范围内的荷载 析计算程序。 板带的内力 （２）在水 取等于板跨中 ， 单向加全栽．即柱 ①手算； 求得在水平荷 平荷栽作 线距离的一半．即 上板带承受全部水 ②平面及空间 载下．柱上板带 用下 Ｌ／２及Ｌ√２ 平荷载 分析计算程序。 的内力 ５使用ＰＫＰＭ软件进行无梁楼盖结构设计 在进行无梁楼盖的结构设计时候．主要分为结构整体的 空间结构分析和无梁楼盖本身的分析计算两部分，下面结合 ＰＫＰＭ系列结构设计软件进行设计探讨： 首先，在对无梁楼盖的整体三维计算可以利用ＰＫＰＭ软 件中的ＴＡＴ软件或ＳＡ ｒＷＥ软件进行。ＴＡＴ是多、高层建筑结 构三维分析程序，它适用于分析设计各种多、高层建筑，不但 可以计算钢筋混凝土结构，还可以计算纯钢结构、混合结构、 斜柱结构。在设计过程中，首先按照规范中的规定将板简化为 双向等代框架梁进行计算，在对无梁楼盖进行人机交互式建 模时，确定等代框架梁的刚度。模型建立后再接着使用ＴＡＴ 软件进行三维分析 当然．这种方法对楼板的模拟与实际工程 情况有一些出入，因此我们还可以采用ＳＡＴＷＥ进行更为准确 的计算。ＳＡＴＷＥ是我部应现代高层建筑发展的要求．专门为 ２Ｄ