地下车库楼盖结构设计论述

地下车库楼盖结构设计论述

谭毅强

广东省建科建筑设计院有限公司 广东广州 510000

摘要：随着我国经济社会发展水平越来越高，建筑地下车库的需求越来越广泛，地下室楼盖的设计也越来越成为建筑结构工程师关注的内容，本文从地下车库柱网布置，楼盖选型，设计计算方法等几个方面对地下车库楼盖结构设计进行论述探讨。

关键词：柱网布置；楼盖选型；弹性板；梁板协同计算

1 地下车库柱网布置

主流的地下车库柱网布置主要有两种，可分别称之为“大柱网”及“小柱网”其柱网尺寸分别为7800~8100x7800~8100和7800~8100x4600~5200（大概尺寸，具体项目可能会有区别）

两种柱网布置，地下室车库停车效率基本是一致的。由于小柱网柱截面可以稍小，如车位净宽不变，小柱网理论停车效率有少量的提高。

以常规计算模式，不考虑底板，顶板采用框架梁大板、中间层板采用单向次梁，每平方楼盖结构材料用量的大、小柱网对比如下：

除构造底板等少数情况外，地下室底板大小柱网的对比关系接近顶板。由于地下室结构材料用量大部分集中在底板及顶板，因此小柱网结构材料用量总体上明显少于大柱网，且小柱网结构更易于控制结构梁高，从而减少地下室层高。故纯车库主体设计而言，小柱网更优。但如地库的地质条件较差，需设较长的桩基础时，小柱网基础数量多，则可能会导致总体成本高于大柱网。另外，由于大柱网的车位、车道布置较灵活，某些特殊情况导致多层地下室的不同楼层上下车道位置不同时，小柱网难以实现，此时也需采用大柱网。

2 楼盖选型

关于地下车库楼盖，常规的楼盖形式有：无梁楼盖、框架梁加腋大板、框架梁大板、十字次梁、井字次梁、单向单次梁、单向双次梁等。对上述楼盖的经济比选，不同的设计单位、房企已作大量的分析，由于截面取值不同，计算参数不同，结果有一定差异，但大的原则是基本一致的，即大荷载时，优先采用无梁楼盖或框架梁大板；小荷载时，仅从结构成本角度一般采用主次梁梁板结构更有利，如综合考虑基坑、土方、模板等因素，无梁结构与主次梁板结构经济性接近。由于无梁楼盖受力较梁板式楼盖复杂，部分结构设计师未能全面分析其实际受力状况进行设计，另外施工过程管理等原因出现了个别无梁楼盖倒塌事故，现各地对无梁楼盖的应用受到一定的限制。

3 梁板式结构考虑弹性板平面外刚度的梁板协同计算的设计方法

3.1 考虑弹性板平面外刚度计算方式的适用性

傅学怡大师《实用高层建筑结构设计》14章：“不考虑实际现浇钢筋混凝土结构中梁、板互相作用的计算模式，其弊端主要有： 1）对于单独计算的板，由于忽略支座梁刚度的影响，无法正确反映板块内力的走向，容易留下安全隐患。2）对于梁，由于忽略楼板的翼缘作用，重力荷载下往往高估梁端截面弯矩，其结果不仅仅是造成材料的浪费，更重要的是过高的框架梁支座截面受弯承载力使得水平荷载下梁端形成延性结构的可能性大为减小。”

由于常规计算方式楼盖分析均不考虑板的平面外刚度，传力路径为板传递至梁，梁再传递到柱。考虑板的平面外刚度及梁板协调变形后，梁板作为一个整体，荷载根据实际刚度，共同承担上部荷载，受力模式在理论上更符合实际，经济性也有明显优势。

但需要注意的是，由于结构分析建立在诸多假定基础上，钢筋混凝土超静定结构自身具有较强的内力重分配能力，很难说哪种计算方式是绝对正确的，某种程度上，结构可以按工程师想象的方式受力。因此，设计更重要的是实际设计处理与计算假定模式的协调一致。

3.2 梁板协同计算在计算软件的基本设置

采用梁板协同计算方式，需在软件中进行相关的参数选择，以YJK为例，部分参数设计如下：

楼板在【前处理及计算】的【板属性】菜单下统一设置为弹性板6。

YJKCAD-参数输入-结构总体信息中勾选生成等值线数据。

YJKCAD-参数输入-计算控制信息-控制信息中，中梁刚度放大系数，边梁刚度放大系数均取1；弹性板导荷计算方式选择有限元计算；梁与弹性板变形协调勾选；刚性楼板假定选择整体指标计算采用强刚，其他计算非强刚。

应在【设计结果】的【等值线】菜单下查看弹性板的内力及配筋，不能在板施工图模块计算板配筋（不能考虑梁板协调变形，计算结果与整体分析不匹配，存在安全隐患）。

注：平面导荷方式与有限元导荷的区别：

传统软件在计算弹性板3或弹性板6时，仅考虑了它在结构整体计算分析中的刚度作用，不能对楼板本身进行设计。因为在上部结构的考虑弹性板的计算中，作用在各房间楼板上恒、活面荷载已被导算到了房间周边的梁或者墙上（即传统的平面导荷方式），弹性板上已经没有作用竖向荷载，在计算中起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度。在风、地震等水平力作用下，弹性板的内力是对的；但在恒、活荷载下，其内力不符合楼板实际的工作状况而完全不对，因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。

如果保持竖向的恒、活荷载仍驻留在弹性板上，则通过弹性板的有限元计算不仅得到板的内力配筋，还和将荷载导算到周边的杆件上，而且这种导算不像以前的楼板导荷方式那样只将板上荷载传给周边的梁和墙，还同时可将荷载传导给柱。我们在后文中称这种楼板导荷方式为“有限元计算”方式。

3.3 传统计算方式与梁板协同计算方式的差异分析

传统计算方式与梁板协同计算方式下，梁和板的变形、内力和配筋均会存在差异，图1为某大柱网地下室顶板楼盖层在传统计算方式（左）和梁板协同计算方式（右）下，弹性板在恒载作用下的Mxx弯矩：

图1传统计算方式与梁板协同计算方式下内力图

左图弯矩图可看出，传统计算方式梁作为板的刚性支座时，板支座在梁跨中的位置出现最大的弯矩值，板支座钢筋全长均按此弯矩值配置，并不合理；梁板协同计算方式由于考虑了梁的竖向变形和梁板的协同作用，受力更符合实际，板支座弯矩相对均匀，仅在柱头周边的位置会出现比其他位置稍大的弯矩值，板支座钢筋的配置可按此均匀弯矩值配置，必要时在柱头位置另加附加钢筋。

以传统算法模式和梁板协同算法模型，分别对大小柱网地下室顶板的梁板钢筋含量进行对比，在1.2米覆土+消防车荷载工况下，大柱网顶板的钢筋用量分别为：传统算法79.56kg/m2，梁板协同算法63.39kg/m2；小柱网顶板的钢筋用量分别为：传统算法57.07kg/m2，梁板协同算法49.57kg/m2（比选采用相同截面及板厚，梁：450X800；板厚：300）

由对比数据可见，考虑梁板协同算法的计算模型对顶板结构的钢筋含量有较大的优势，上述对比是基于相同的梁高下的数据，若考虑梁板协同算法时，梁高合理值可压缩到700mm，与传统算法800mm梁高对比，层高相应减少100，梁配筋量和配筋率仍有一定优势；另外，对中间层楼板来说，由于板荷载较小，板厚较小，板平面外的刚度相对梁刚度较小，考虑梁板协同算法对经济指标影响不大，建议仍采用传统算法。

3.4 梁板协同计算模式的存在的问题及处理方式

梁板协同计算存在两个主要问题，一是前面提到的，不能盲目以常规配筋方式配置板配筋，梁板配筋必须与所采用的计算模型一致，必要时需在柱位置另加板筋。另外一个更重要的是，由于该计算模式部分荷载直接由板传至柱，或板传至梁的荷载由跨中向两端转移。但软件仅考虑了荷载的传递及板的抗弯能力，并不会考虑板的抗冲切能力（梁减少抗剪需由板承担），如不作详细分析处理，会存在安全隐患。

对比大柱网地下室顶板在1.2覆土+消防车荷载下典型框架梁中截面上的面内剪力的变化情况发现，考虑梁板协同计算的梁剪力较传统算法有约20%的减少，设计时应进行构造上的加强，使梁的抗剪承载力和板的抗冲切能力满足传统算法的要求，可在梁端部位置局部把楼板加厚到跟梁截面同高，既达到梁加腋的效果，也增加了楼板跟柱头的接触面，梁配筋设计时，箍筋加密区应延伸至从楼板加厚处的往跨中1.5倍梁高的位置。

4 结束语

梁板协同的设计方法，地下室顶板的梁高可减少100mm，层高可相应减少。与此同时，顶板钢筋用量可节约15-20%，且结构仍有足够的安全富余度。但采用该设计方式，须充分理解其理论原理、计算参数设置，同时恰当解决软件分析局限，确保结构设计安全、经济、合理。

参考文献：

[1]傅学怡,《实用高层建筑结构设计》第14章.

[2]李党，梁板协同工作的设计方法探讨[J].山西建筑，2016（042）001：55-57.

[3]李国胜.高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较[J].建筑结构.技术通讯.

[4]盈建科建筑结构计算软件（2016版）用户手册[M]北京盈建科软件股份有限公司.