1、淺談地下室底板無梁樓蓋設計黃偉鵬，方瑀，江偉，吳必輝(廈門中建東北設計院有限公司 福建廈門 361012)摘 要:無梁樓蓋已廣泛應用于地下室底板結構設計中，但由于底板與普通樓板的受力與結構布置的差異，設計人員往往無法得出正確的計算結果。本文從經(jīng)濟比較和計算方法選用等方面入手，全面闡述了地下室底板無梁樓蓋的設計，為廣大設計人員提供參考。關鍵詞: 地下室底板;無梁樓蓋;柱帽;獨立基礎;承臺中圖分類號:TU93文獻標識碼:B文章編號:1004 6135(2014)09 0029 07Introduction to The Design of Basement Foundation Flat Slab

2、HUANG Weipeng，F(xiàn)ANG Yu，JIANG Wei，WU Bihui(China Northeast Architectural Design esearch Institute Co Ltd Xiamen ，Xiamen 361012)Abstract:Flat slab has been widely used in the design of basement foundation structure But because of the stress and structure arrangement between basement foundation and the

3、ordinary floor Designers always cant give correct calculation results By the way of economic comparison and calculation method selection， the article comprehensively expound the design of basement foundation flat slab，and provide a reference for the designersKeywords:Basement foundation; Flab slab;

4、Post cap; Single foundation; Pile capE-mail:476815186 qq com 20 × 0 2 = 98 45kN / m2引 言隨著國民經(jīng)濟水平的提高，住宅小區(qū)的規(guī)模越來越大，居民 用車呈幾何級數(shù)增長，這就帶來了地下車庫的規(guī)模不斷擴大，動輒 整個小區(qū)紅線內(nèi)都是單層甚至多層大底盤地下室;因此，地下室構 件采用經(jīng)濟合理的結構型式與計算方法尤為關鍵。相對于普通梁板體系，無梁樓蓋由于施工簡便、經(jīng)濟效益 較好，已越來越廣泛應用于地下室底板中。地下室底板反向受 力、水浮力、底板厚度、基礎型式、柱帽大小等因素對地下室底 板無梁樓蓋的算法都有影響，不能一

5、概采用普通無梁樓蓋正向 樓板的算法。本文從以下幾方面入手，介紹了地下室無梁樓蓋 底板的設計，為廣大設計人員提供參考。1 地下室底板方案比較根據(jù)地下車庫的常用柱跨 6 6m × 7 8m，計算常規(guī)單層與 兩層地下室的底板分別采用普通梁板與無梁樓蓋計算荷載與 經(jīng)濟比較如下:1 1 單層地下室:室外地面標高 0 3m，地下水位 0 8m，室 外頂板標高 1 5m(覆土 1 2m)，層高 4m，板厚 400，地下室底 板反向荷載:Ps1 = 1 35 × (1 5 + 4 + 0 4 0 8) × 10 25 × 0 4 20 ×0 2 = 54 85

6、kN / m2經(jīng)濟比較:上述兩個地下室經(jīng)計算并繪出標準跨施工圖1 3如(圖 1)所示。包含人工和材料費，鋼筋按 6000 元 / m2 ，混凝土按 400 元 / m2 ，6 6m × 7 8m 標準跨綜合經(jīng)濟比較詳見( 表1)。由表中數(shù)據(jù)可見，無論單層或兩層地下室，無梁樓蓋均節(jié) 約造價 20% 左右，且具有施工簡便的特點。表 1底板方案經(jīng)濟比較單層梁板式底板單層無梁樓蓋底板兩層梁板式底板兩層無梁樓蓋底板底板方案鋼筋(kg / m2)混凝土(m3 / m2) 綜合造價(元 / m2)53 50 4951736 20 541777 50 5669046 50 75592底板無梁樓蓋設計

7、2 1 常規(guī)上部結構無梁樓蓋算法根據(jù)文獻3，常規(guī)無梁樓蓋采用經(jīng)驗系數(shù)法，將樓板劃分為兩個方向的柱上板帶和跨中板帶，如( 圖 2 ) 所示，其中 lx l 。兩個向總彎矩為:yM = ql (l 2c /3)2 /80xy xM0y = qlx (ly 2c /3) /8， M = q(1 b)2 /8 柱上板帶與跨中板帶不同位置的彎矩分配表詳見(表 2):表 2 經(jīng)驗系數(shù)法總彎矩分配表2兩層地下室:室外 0 3m，地下水位 0 8m，頂板 1 5m，層1 2高分別為 3 8m、3 6m，板厚 600，地下室底板反向荷載:Ps2 = 1 35 × (1 5 + 3 8 + 3 6 +

8、0 6 0 8) × 10 25 × 0 6截面柱上板帶 跨中板帶 0 50M00 18M00 50M00 22M00 17M00 15M00 17M00 18M0支座截面負彎矩跨中正彎矩內(nèi)跨作者簡介:黃偉鵬(1976 10 一級注冊工程師。收稿日期:2014 06 17)，男，院副總工程師，國家第一跨內(nèi)支座截面負彎矩跨中正彎矩 邊支座截面負彎矩邊跨0 48M0 05M00上述計算方法適用于上部板柱設計與嵌固端以外的地下2014 年 09 期 總第 195 期黃偉鵬等·淺談地下室底板無梁樓蓋設計·30 ·圖 1 地下室底板方案比較6 5 5，F(xiàn)

9、l 0 7h ft bm h0 ，其中 bm 為沖切計算周長。兩種柱帽區(qū)別最大的是: 相同柱帽尺寸下，反向柱帽的沖切周長較長。 反向柱帽一般適用于水浮力較大、需要底板覆土提供壓重、且 地下室開挖深度不受限制的情況。限于篇幅，本文僅討論正向 柱帽的設計。室頂板中。公式的 M0 的本意類似于簡支單向板的跨中彎矩M = q(l b)2 /8(b 為梁寬)，考慮到梁剛度遠大于板，因此計算 跨度僅算到梁邊。對于常規(guī)的無梁樓蓋，c 為柱帽寬度，一般 為 45 度斜角，且柱帽高度一般遠大于板，因此計算彎矩時，凈 跨 ln = l 2c /3。地下室無梁樓蓋由于柱帽受力方向及柱帽與板剛度比的 差異，與上述計算

10、方法有較大差別。獨立基礎:根據(jù)上述 2 1 與 2 2 工況，計算出的柱底軸2 2 1力標準 值 ( 未考慮底板自重) 分 別 為: FK1 = 1800kN，F(xiàn)K2 =2500kN。按照 FK2 的軸力，根據(jù)持力層的不同，大致分為殘積 土(修正后 fa = 250KPa)、強風化巖(fa = 600KPa)、中風化巖( fa= 3000KPa)，計算出方形獨立基礎最小底邊長分別為 3 2m、柱帽尺寸地下室底板采用無梁樓蓋，柱帽可采用正向與反向布置， 反向柱帽指的是柱帽上反其底與底板底平，根據(jù)文獻2公式2 22014 年 09 期 總第 195 期黃偉鵬等·淺談地下室底板無梁樓蓋設計

11、·31 ·圖 2 無梁樓蓋板帶布置圖 3 獨立基礎的無梁樓蓋型式此可以將單層、兩層地下室的獨立基礎( 柱帽) 調(diào)整為上述尺2m、1 m。對于計算跨度為 6 6 × 7 8m 的柱網(wǎng)，雙向柱上板帶交叉的區(qū)域是 3 3 × 3 9m，與持力層為殘積土的基礎尺寸相近，因寸，以下簡稱為a 類柱帽;對于柱底軸力較小的，可將獨立基礎尺寸一邊調(diào)整為短跨板帶寬度即 3 3m，另一邊根據(jù)計算確2014 年 09 期 總第 195 期黃偉鵬等·淺談地下室底板無梁樓蓋設計·32 ·圖 4 樁基礎的無梁樓蓋型式定。持力層為強、中風化的，可根據(jù)計算確

12、定柱帽尺寸，但柱帽周長決定是否滿足沖切要求，此為a 類柱帽，如(圖 3)所示。2 2 2 樁基礎:按照 FK2 的軸力，根據(jù)地質(zhì)情況與樁基選型， 可大致分為大直徑樁( 如人工挖孔樁) 和小直徑樁( 如預應力 管樁)兩種。對于大直徑樁，若柱帽邊沖切滿足，可考慮承臺(柱帽)最小邊長為 1 2m(b 類柱帽)。對于采用預應力管樁的，為了節(jié)約成本及便于施工，可考 慮增大承臺尺寸達到柱上板帶寬度的要求，這就需要采用四樁 承臺的b 類柱帽，如圖 4 所示;對于樁數(shù)富余的，亦可采用兩 樁承臺，承臺長度為 3 3m 滿足 Y 向柱上板帶寬度的要求，寬 度根據(jù)沖切驗算確定;對于單樁軸力較小的，樁基可采用可采 用

13、單截管樁或 400 樁，并驗算抗拔要求。根據(jù)表 3、4 可見:a 類柱帽需根據(jù)文獻1公式 8 2 8Fl0 7 hp ft am h0 驗算柱帽邊上沖切與柱下沖切等兩個沖切面， 對于沖切面超出基礎寬度的，尚應根據(jù)文獻1公式 8 2 9 Vs0 7hs ft A 驗算柱邊剪切;b 類柱帽與a 類區(qū)別在于柱與 樁邊的夾角若大于 45 度以柱與樁邊連線作為沖切面。a 類 柱帽除了滿足a 類柱帽的要求外，基底反力大于 300KPa 的， 尚應按文獻1第 8 1 1 條的條文說明 Vs 0 366ft A 驗算直剪承 載力;根據(jù)驗算，一般基礎高度較大，尤其對于省內(nèi)常見的花崗巖 強風化，系數(shù) 0 366

14、不太合理，建議有地方標準時修正為 0 7。b 類柱帽異于a 類柱帽，不需驗算柱邊直剪，一般高度 可構造取 0 8 1 m 且大于梁高。為增加柱帽邊的沖切周長并減少底板厚度，同時減少板帶的計算跨度，一般a 、b 型柱帽 長度應適當加大，亦采取加腋的措施，詳見(圖 4)。由此可見，基礎(柱帽)型式?jīng)Q定柱帽尺寸與底板厚度;柱 帽尺寸的變化，對綜合造價有較大影響;此外，基礎( 柱帽) 型 式還決定了無梁樓蓋的計算方法，分析如下文。柱帽高度與沖(剪)切計算:為確定柱帽高度及驗算柱2 2 3帽尺寸的合理性，我們根據(jù) 6 6 × 7 8m 標準跨的單層地下室(FK1 、Ps1 )、兩層地下室(FK

15、2 、Ps2 )，計算出各類型柱帽的最小尺 寸與需驗算的沖(剪)切面如下(表 3、4)。表 3 單層地下室(FK1 、Ps1 )各類型柱帽設計尺寸表 (混凝土均按 C30)柱帽長寬高B × L × H (m)柱帽類型基礎類型基礎承載力底板厚度(mm)沖(剪)切面驗算控制截面柱帽邊沖切控制底板厚度，柱下沖切控制柱 帽高度柱帽邊沖切控制底板厚度，柱下直剪控制柱 帽高度同a柱帽邊沖切控制底板厚度獨立基礎fa = 250KPa柱帽邊沖切柱下沖切a3003 9 × 3 3 × 0 6a獨立基礎fa420KPaa = 700KPa柱帽邊沖切柱下直剪4002 1 &#

16、215; 2 1 × 1四樁管樁基礎柱帽邊沖切柱下沖切b3003 9 × 3 3 × 0 6 b 大直徑單樁基礎 a = 2700KPa 400 2 1 × 2 1 × 0 8 柱帽邊沖切表 4 兩層地下室(FK2 、Ps2 )各類型柱帽設計尺寸表(混凝土均按 C35)柱帽長寬高B × L × H (m)柱帽類型基礎類型基礎承載力底板厚度(mm)沖(剪)切面驗算控制截面柱帽邊沖切控制底板厚度，柱下沖切控制柱 帽高度柱帽邊沖切控制底板厚度，柱下直剪控制柱 帽高度同a柱帽邊沖切控制底板厚度獨立基礎柱帽邊沖切柱下沖切afa = 2

17、50KPa4003 3 × 3 9 × 0 8a獨立基礎柱帽邊沖切柱下直剪fa 450KPa6002 4 × 2 4 × 1 2bb四樁管樁基礎a = 900KPaa = 3500KPa4006003 3 × 3 9 × 0 82 4 × 2 4 × 1 0柱帽邊沖切柱下沖切大直徑單樁基礎柱帽邊沖切2014 年 09 期 總第 195 期黃偉鵬等·淺談地下室底板無梁樓蓋設計·33 ·計算出的柱上板帶支座與跨中彎矩為 M1x1 和 M2x1 ，依據(jù)靜力計算手冊P234 頁可知，均布荷載下

18、的加腋梁支座彎矩 相對等截面梁增大 0 30% 。根據(jù)柱帽與底板的相對尺寸，我們可認為實際的支座彎矩 M1x = 1 2M1x1 ，相應跨中彎矩 M2x =0 8M2x1 = 0 8 × 0 172 3 底板無梁樓蓋算法根據(jù)基礎(柱帽)尺寸，可分成如下兩種類型:2 3 1 a 與b 型柱帽:表 3、4 中的a 與b 型柱帽高度為底板兩倍以內(nèi)，柱帽 無法作為底板的嵌固端，假定底板厚度取與柱帽同厚，則底板 應為以柱為嵌固端，其計算簡圖如圖 5 所示，公式按下式:M = 0 17 × ql (l H ) × 0 892 /8。0x按本例:lyxcxM0x = qly (

19、lx Hcx ) /82= 7 8m，H= 0 6m，H = 0 8m，得 l= ( l H )xcxnxcx2M0y = qlx (ly Hcy )/8(Hc 為柱寬)× 0 89 = 6 4m = l H H。因此計算a 與b 型柱帽的無xcx梁樓蓋總彎矩公式可修正為:M0x = qly (lx Hcx H) /82M0y = qlx (ly Hcy H) /82柱上板帶跨中彎矩 m2 、跨中板帶支座彎矩與跨中彎矩可根據(jù)上式乘以表 2 的系數(shù)計算彎矩，計算配筋時取底板的有效 高度，但跨中板帶支座配筋位于板底應考慮抗裂驗算。柱上板 帶支座彎矩 M1 可根據(jù)上式乘以表 2 的系數(shù)后再

20、乘以 1 5;對 于a 型柱帽的基底應力大于水浮力的，尚應考慮基底附加應 力對柱帽的附加彎矩，可取 Pnk = (Fk + Gk ) / lx ly k ( 底板底 水壓力)代入文1的式 8 2 11 得出附加彎矩 M 和 M ;將此 兩個彎矩疊加后可計算柱帽配筋，但仍應考慮抗裂驗算;對于 b 型柱帽的基底壓力大于水浮力的，樁承受豎向壓力，亦按 上述算法計算承臺配筋。因此，根據(jù)多方試算后，一般柱帽高 度為底板厚度的 2 5 3 倍時，柱帽配筋為構造配筋，計算跨度 可減少，經(jīng)濟效益最優(yōu)。此外，對于底板水浮力較大的，需要抗浮錨桿或抗拔樁提 供較大反向拉力的，計算柱帽彎矩可適當減少，具體情況另行 分

21、析。圖 5a 型柱帽與底板受力分析圖圖 6 a 型柱帽與底板配筋圖2014 年 09 期 總第 195 期黃偉鵬等·淺談地下室底板無梁樓蓋設計·34 ·圖 7 SLAB 計算與手算比較3底板無梁樓蓋計算程序選用:a 與b 型柱帽:2 3 2表 3、4 中的a 與b 型柱帽寬度相對于計算跨度較小，且柱帽的加腋效果不明顯;若柱帽高度為底板厚度的 2 5 倍以上，可認為 柱帽作為底板的嵌固端，無梁樓蓋總彎矩公式可修正為:根據(jù)文獻3，無梁樓蓋計算可采用經(jīng)驗系數(shù)法與等代框架法。對于上述的經(jīng)驗系數(shù)法，考慮到柱剛度相對柱上板帶較 小，柱上板帶可以視為連續(xù)梁，以柱作為支點;對于柱

22、帽兩側由 于跨度不一樣或位于邊跨的，彎矩是不一致的，可以近似采用 彎矩分配法或其他簡化算法。理正軟件的原理為等代框架法，可適當進行上述的彎矩分 配。但該軟件是基于上部結構采用無梁樓蓋而設計的程序，本 文中的柱帽型號、沖切、剪切、計算跨度等均未考慮;尤其是對M0x = qly (lx c)2/8M0y = qlx (ly c) /82若柱帽高度小于底板厚度 2 0 倍以內(nèi)，可將柱作為底板的嵌固端，參照a 與b 型柱帽的公式。柱上板帶與跨中板帶的各彎矩為上式與表 2 系數(shù)的乘積， 計算配筋時均取底板的有效高度，但柱帽內(nèi)的配筋應根據(jù)柱帽 高度滿足構造配筋的要求。根據(jù)上述結果，畫出柱帽高度為底 板厚度

23、的 2 5 倍的a 型底板無梁樓蓋配筋如圖 6;a 與a 型柱帽的經(jīng)濟比較如下表 5，可見a 型柱帽較經(jīng)濟，可加入基 礎型式綜合比較，若采用有效樁長小于 15m 的人工挖孔樁，a 型柱帽經(jīng)濟效益應更顯著。表 5 柱帽方案底板經(jīng)濟比較2于總彎矩，全部沿用 M0x = qly ( lx 2c /3 ) /8 的計算公式，也就是計算跨度不滿足本文各類型柱帽的要求。因此，想利用理 正軟件需根據(jù)柱帽型號和厚度調(diào)整計算跨度，手工驗算沖切和 剪切，且建議該軟件僅作為輔助與校核的計算工具。無梁樓蓋的計算程序可以采用 PKPM SLAB 進行建模 計算。由于該程序采用有限元的計算方法，因此能反映柱帽大 小與厚度

24、對于計算跨度與彎矩的影響，因此計算得出的彎矩與 配筋應較符合實際;但由于柱帽方向的不一致，計算柱帽與柱 下的沖切、剪切等仍需按照本文的方法手算。SLAB 程序與本 文手算方法的兩組做法比較如(圖 7)所示，發(fā)現(xiàn)手算基本包住單層a單層a型柱帽兩層a型柱帽兩層a型柱帽柱帽方案 型柱帽鋼筋(kg / m2) 混凝土(m3 / m2) 綜合造價(元 / m2)36 20 541730 00 4736746 50 755943 60 7542SLAB 的結果，因此較為可靠。(下轉(zhuǎn)第 20 頁)2014 年 09 期 總第 195 期王運新·汽配市場與閩南風的對話·20 ·形

25、通道，來滿足平日貨物運送的需求，同時，由于運貨流線走建筑外沿，縮短了貨物的運送路線，避免與采購人流的交織，一定 程度上實現(xiàn)了，人、貨分流。結合地形，商業(yè)店鋪縱 橫兵營式布置展 開，展廳沿 301 國道橫 向伸展，氣勢磅礴。展 廳立 面設計采用現(xiàn)代 建筑 的構圖原則并汲 取閩 南傳統(tǒng)建筑的外 形神韻，來組織建筑實 體及 外 部 空 間。 建 筑內(nèi)部空間中心市場部分內(nèi)部空間的設計上，我們根據(jù)大型商業(yè)防 火設計規(guī)范(以下簡稱大規(guī))要求，充分借鑒以往市場的經(jīng) 驗，力求在規(guī)范及技術允許的條件下，更好地滿足市場運營的實 際需求。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，以往市場內(nèi)部空間組織上有如下特征:1)豎向交通體靠外位于開敞的公共

26、空間。2)采用兵營式的鋪面布局模式，避免商業(yè)死角。因而，在中心市場的設計中，我們將中心市場各個單元的 疏散樓梯均靠單元外側設置，從而爭取到了更為完整的商業(yè)空 間。然后通過設置 9m × 9m 的柱網(wǎng)將規(guī)整的商業(yè)空間劃分若 干個規(guī)整的網(wǎng)箱單元組織商業(yè)活動，使得所有的鋪面都處在四 通八達的交通縱橫交通中，既消除了商業(yè)建筑中常見商業(yè)死 角，又最大化爭取到有效的鋪面數(shù)，更方便了單個鋪面的定價 出租。同時，針對連接各個單元露天商業(yè)街遮雨問題，設計中預 留空間，由業(yè)主后期自行加蓋采光玻璃頂蓋，營造良好的商業(yè) 購物氛圍。商業(yè)店鋪橫向展開，三層設置，一層沿街商業(yè)能有效提高 商業(yè)價值，利于定價出售或出

27、租，二、三層可靈活作為辦公或倉 儲用房，也可作為商業(yè)店面衍生至二樓。在技術規(guī)范執(zhí)行方面，中心市場地上三層，建筑總高低于24 米的大型商業(yè)體，適合執(zhí)行大規(guī)要求。市場四周均為消 防撲救面，并設置有在一層直通南北的消防車通道，以利用消 防撲救。當然，兵營式布局也帶來一些不足，比如室外空間比較乏 味，可識別性較弱，等負面影響因素。我們在設計的后期，通過 與甲方溝通，希望能通過 VI 系統(tǒng)的引入，對各部分節(jié)點的可識 別性做顏色及序號的區(qū)分，對商家及客戶的引導，來盡量解決 設計之初布局的問題。2 3圖 5 現(xiàn)場照片采用平屋頂大挑檐及斜紅墻的構成形式。來表達閩南紅磚墻，飛檐的神韻見(圖 6)。 (2)既地域又國際 本項目位于泉州，強烈的歷史文脈關系及泉州傳統(tǒng)地域建筑特色。要求在體現(xiàn)泉州地域建筑特色基礎上，不簡單模仿古 建，而是提煉傳統(tǒng)坡屋頂，燕尾脊、紅磚墻等傳統(tǒng)造型細部，并 結合時代要求大膽使用玻璃幕墻、鋁合金百葉及現(xiàn)代施工工藝 來體現(xiàn)當代建筑的國際性，滿足展廳作為大眾交流的現(xiàn)代要 求，并成為該地區(qū)的新的節(jié)點式建筑。3 設計小結在泉州海西汽配城及展廳設計過程中，我們認為首先最重 要的是要和甲方充分的溝通，通過對汽配專業(yè)市場的充分調(diào)研， 做出能貼合市場，滿足市場需求的產(chǎn)品，同時又能與甲方的資金 開發(fā)節(jié)奏相吻合。從規(guī)劃設計入手，對汽配市場物流及客流等 多條流線的