【JY】什么？！无梁楼盖这么做？

无梁楼盖应该怎么设计呢？

1、概述

     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进而传给柱下基础。在我国，无梁楼盖结构体系是近年来发展较为迅速的一项建筑结构新技术，常用于冷库、商场、仓库、书库等建筑。较之传统的密肋梁结构体系它具有结构高度小、板底平整、构造简单、整体性好、建筑空间大、可有效地增加层高等优点。在施工方面，采用无梁楼盖结构体系的建筑物具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便，设备安装方便等优点，从而大大提高了施工速度。

     但无梁楼盖结构体系也有其自身的缺点: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；侧向刚度比较差，层数较少时可以依靠框架柱等竖向构件来抵抗水平荷载，当层数较多或要求抗震时，一般需要设剪力墙、筒体等来增加侧向刚度。频频的出事，工程师们是需要抵制这种体系形式吗？ 不，我们应该了解其真实本质。

2、适用范围 

     作为一种特殊的结构形式，无量楼盖自然也有它的适用范围。无梁楼盖结构，柱网尺寸宜接近方形，两个方向的跨度比不宜大于1.5，否则经济性较差；平板时跨度不宜大于7m，有柱帽时不宜大于9m；不宜采用不规则程度较大（非矩形）的柱网； 板厚不应小于150mm，荷载较大时板厚适当加厚。 

     另外，下列情况尽量不用无梁楼盖，而用肋梁楼盖： 

a）不规则柱网； 

b）楼梯间、设备用房、汽车坡道； 

c）长短跨比值大于1.5； 

d）板上开大洞。

相关规范和条文

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部分规范中的重要条文

     规范中对于无梁楼盖的规定很多，下面列出其中几处，供大家参考： 

 《高规》5.3.3对平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的面外刚度影响，其面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为框架梁计算。 

《高规》8.1.9无梁板可根据承载力和变形要求采用无柱帽（柱托）板或有柱帽（柱托）板形式。柱托板的长度和厚度应按计算确定，且每方向长度不宜小于板跨度的1／6，其厚度不宜小于板厚度的1／4。7度时宜采用有柱托板，8度时应采用有柱托板，此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和，托板总厚度尚不应小于柱纵向钢筋直径的16倍。当无柱托板且无梁板受冲切承载力不足时，可采用型钢剪力架（键），此时板的厚度并不应小于200mm。 

《抗规》14.3.2地下建筑的顶板、底板和楼板，当采用板柱-抗震墙结构时，无柱帽的平板应在柱上板带中设构造暗梁，其构造要求与同类地面结构的相应构件相同。 

 《抗规》6.1.14 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，在地上结构相关范围内（不大于20m，地下一层侧向刚度大于地上一层的2倍）应采用现浇梁板结构。相关范围以外宜采用梁板结构（可以采用无梁楼盖）。 

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构造要求

1）混凝土强度等级不宜低于C30； 

2）板厚不应小于150mm； 

3）暗梁构造 

a.抗震设计时无柱帽，应在柱上板带设置暗梁，抗震设计时有帽时以及非抗震设计时无柱帽，宜在柱上板带设暗梁。 

b.暗梁支座上部纵向钢筋面积不小于柱上板带上部钢筋总截面面积的  50%，下部钢筋不宜小于上部钢筋的50%，纵向钢筋应全跨拉通；直径宜大于暗梁以外板钢筋直径，但不大于柱截面相应边长的1/20，间距不宜大于300mm。 

c.暗梁箍筋的布置，构造配箍时，直径不应小于8mm，间距不宜大于3h0/4，肢距不宜大于2h0；计算配箍时，直径不应小于10mm，间距不宜大于h0/2，肢距不宜大于1.5h0。 

设计建议

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无梁楼盖常见的设计方法

经验系数法：只能计算竖向荷载作用情况，是等代框架法在较规则情况下的特例，见《技术措施》9.2.3~9.2.6

 等代框架法：可以计算水平、竖向荷载作用情况，各种教科书。

有限元分析法：软一般会采用Sap2000、YJK,STRAT,PKPM,SLABCAD,Ansys,ABAQUS等。

注：《高规》5.3.3 对平板无梁楼盖，在计算中应考虑板的平面外刚度影响，其面外刚度可按有限元方法计算或近似将柱上板带等效为框架梁计算。

经验系数法是以无梁楼盖受理影响因素试验结果为基础，是以符合一定条件的板系理论分析为依据，考虑施工的可行性和已建成的先例，对计算方法提出的简化。

当符合以下全部条件时，选择经验系数法才有一定的准确性：

1、 每个方向至少有三个连续跨。

2、 任意区格的边长与短边之比不大于1.5。

3、 同一方向上的相邻跨度的中至中跨长之变化不超过较长跨的1/3.

4、 所有合再均为竖向均布荷载，活荷载与恒荷载之比小于3.

等代框架近似分析方法是将杆件刚域的长度剪除，以梁的净跨度和柱墙的净高度装配成新的等揭秘那等代框架，其实质是通过减小梁柱计算长度，来考虑梁柱节点刚域对梁柱杆件线刚度增大的影响，在竖向合再作用下求解新装配的等代框架内力，等代框架梁内跨的制作弯矩和跨中弯矩，其值十分接近于实际值，这是因为边支座的嵌固条件更接近结构的实际工作状况。等代框架近似分析法在求解竖向荷载下带刚域变截面等代框架内力时，显得简单而实用。

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算法优劣性和选择

      运用经验系数法有诸多的限制条件，如上文所示，而用等代梁格计算板式楼盖，涉及到梁扭转刚度的折减问题。在双向梁格结构中，一个方向梁的扭转刚度正好是另外方向的弯曲刚度。由于梁的宽度等于梁格间距，一个方向梁的弯曲刚度已经是板该方向的全部弯曲刚度。如在加上另外方向梁的扭转刚度，梁格的刚度将大于板的实际刚度。因此需要对梁的扭转刚度进行折减。但是，由于板是双向受力结构，而双向梁格的两方向的关联性小于板的关联性，如果将双向梁格的扭转刚度折减为0，又将使梁格的刚度小于板的实际刚度。因此需要针对不同的结构类型、边界条件及梁格划分疏密程度采用合适的扭转刚度折减系数才能较好的模拟无梁楼盖计算分析。

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常见问题

板面荷载的分配（传递）方式

工作中大家一般认为板面荷载的传递方式有四种方式：

1.悬挑板方式——只向一边传递

2.单向板方式——沿短向传递（两边传递）

3.双向板方式——塑性铰线传递

4.弹性梁、板协同方式——有限元方式

     其实这也正是目前我们所常用结构分析软件能够提供给大家的四种板面荷载的传递方式。正是由于以上的观念，在大家头脑中根深蒂固，在建立结构分析模型时，往往习惯于在柱间布置完梁（含等代梁、虚梁、暗梁）后，由程序来进行整体分析，殊不知，由于无梁楼板的传递方式有其特殊性，往往导致采用软件的结果存在安全隐患。

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正确的观念是怎么样的呢

    林同炎教授早在1981年其所著书《结构概念与体系》（典型教材或资料，第一本）中已做过明确推导说明，现将结论摘录如下：无梁板必须首先在一个方向（单向板）传递全部荷载，然后在另一个方向再完全一样地传递一次全部荷载。尽管有些设计人员往往不能认识到这一点，但这是明确的。林大师的这个结论，在《建筑结构专业技术措施》 （典型教材或资料，第二本）中已有细致、准确的运用，这也是我能找到的唯一一本！

     可以想象，荷载传递分配有问题的软件分析结果，能不能拿来就用？

     前三种方式通常称作——平面导荷方式，就是传统的处理方式，即作用在各房间楼板上恒活面荷载被导算到了房间周边的梁或者墙上，在上部结构的考虑弹性板的计算中，弹性板上已经没有作用竖向荷载，起作用的仅是弹性板的面内刚度和面外刚度，这样的工作方式不符合楼板实际的工作状况，因此也得不出弹性楼板本身的配筋计算结果。

     有限元方式是在上部结构计算时，恒活面荷载直接作用在弹性楼板上，不被导算到周边的梁墙上，板上的荷载是通过板的有限元计算才能导算到周边杆件。这样的工作方式与平面导荷方式相比有两个主要变化：

     一是经有限元计算板上荷载不仅传到周边梁墙，也同时传给柱，换句话说柱的受力增加，梁承受的荷载将减少。特别是平面导荷方式传给周边梁墙的荷载只有竖向荷载，没有弯矩，而有限元计算方式传给梁墙的不仅有竖向荷载，还有墙的面外弯矩和梁的扭矩，对于边梁或边墙这种弯矩和扭矩常是不应忽略的；

     二是弹性板既参与了恒活竖向荷载计算，又参与了风、地震等水平荷载的计算，计算结果可以直接得出弹性板本身的配筋。

     有限元方式可以佐证上述林同炎大师的结论！

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设计方法建议

     等代梁的概念来源于钢筋《混凝土升板结构技术规范》，是为了模拟无梁板刚度以及便于荷载在柱上板带与跨中板带而提出的用于结构分析时的概念，要想利用结构分析软件的结果，那么在建模中要注意的一些准备工作，在《建筑结构专业技术措施》 （典型教材或资料，第二本）中已有细致、明确的提醒。看后可以得出结论，要想直接利用软件（以SATWE为例）的结果，要做大量而细致的手工补充计算，稍不留神，就会犯错 ！而且效率大大降低！

     如果只需要设计无梁楼板，且不考虑水平荷载作用时，还可以采用虚梁建模。用虚梁建模的注意事项，各个分析软件都有相关说明。如在YJK中，无梁楼盖设计在YJK现有的建模、上部计算、楼板施工图三个模块中就可完成，而且无梁楼盖的设计可以和其它结构整体建模和分析协同工作，是融入其它结构设计之中的。大致流程是：

1.在建模中布置无梁楼盖的虚梁（或暗梁）和柱帽；

2.在上部结构计算中采用弹性板3或弹性板6模型，弹性板荷载计算方式应选择有限元方式；计算结果中补充了柱的冲切计算；

3.在楼板设计中采用楼板有限元计算，并按照柱上板带、跨中板带给出计算结果和楼板施工图设计。

     采用虚梁建模时，房间（大板）内需增加布置虚梁，以便得到准确受力！

     为了保证弹性板与梁变形协调，应勾选参数“梁与弹性板变形协调”，这样梁的中间节点和板的中间节点是联系在一起工作的。但是，如果不勾选这个参数，板只在梁端节点和梁连接，不能发挥出板和梁共同工作的能力。

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板单元选择

楼板作为一种空间薄壳结构，可以用壳单元来模拟其刚度。

楼板刚度（壳单元）由面内刚度和面外刚度两部分组成：

面内刚度——膜剪切单元。

面外刚度——板弯曲单元。

楼板分析可以有以下几种分析模型：

刚性楼板：平面内刚度无限大；平面外刚度为0。

弹性板6：平面内、平面外都按实际刚度计算 。

弹性板3：平面内刚度无限大；平面外按实际刚度计算 。

弹性膜：平面内按实际刚度计算；平面外刚度为0 。

各种楼板特性的应用条件:

刚性楼板

“刚性楼板”的适用范围：绝大多数结构只要楼板没有特别的削弱、不连续，均可采用这个假定。

相关注意：由于“刚性楼板假定”没有考虑板面外的刚度，所以可以通过“梁刚度放大系数”来提高梁面外弯曲刚度，以弥补面外刚度的不足。同样原因，也可通过“梁扭矩折减系数”来适当折减梁的设计扭矩。

弹性板6

“弹性板6 ”的适用范围：所有的工程均可采用。

相关注意：由于已经考虑楼板的面内、面外刚度，则梁刚度不宜放大、梁扭矩不宜折减。板的面外刚度将承担一部分梁柱的面外弯矩，而使梁柱配筋减少。此时结构分析时间大大增加。

弹性板3 

“弹性板3 ”的适用范围：需要保证楼板平面内刚度非常大，如厚板转换层中的厚板，板厚达到1m以上。而面外刚度则需要按实际考虑。

相关注意：一般在厚板转换层不设梁，或用等代梁，并注意上下部轴线差异产生的传力问题。

弹性膜

“弹性膜”的适用范围：仅适用于梁柱结构，设计时不使楼板面外刚度承担荷载，不使梁柱配筋减少，以保证梁柱设计的安全度。

相关注意：不能用于“板柱结构”。设计时可以进行梁的刚度放大和扭矩折减。

在上部结构分析中，怎样考虑楼板的作用，应根据工程的特点来选择。不假区分与选择地采用板力学模型，是不可能得到结构的真实受力的！板柱结构只能采用 “弹性板6”的力学模型。不能选择弹性膜模型，因为弹性膜仅有面内刚度！

总结

     板式楼盖与密肋梁楼盖的受力较为接近，而与普通梁格楼盖差别显著。用等代梁格法计算板式楼盖只是一定程度上的近似。不将板式楼盖的设计人为地纳入到梁式楼盖的体系。充分认识、并体现板式结构内力的柱边应力集中的特性，并根据该项基本认识，1)确定板式楼盖合理的配筋方式；2)采取符合板式结构受力特点的、合理有效的结构优化方法。(点击阅读原文有相关书籍 d9uv）

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