无梁楼盖≠“无良”楼盖

地下室无梁楼盖抗设计的反思

无梁楼盖是由钢筋混凝土板和柱构成的楼盖结构体系。因为具有建造方便、成本低、外形美观、使用空间大等优点，目前到广泛应用。

【优势】无梁楼盖应用于地上结构时，在承受竖向荷载的同时还要传递水平荷载。由于水平构件没有梁，其抗侧刚度低，承受水平力作用的能力较差。而应用于地下结构时，楼盖系统基本不承受水平荷载，此时使用无梁楼盖安全度较高且具有较为明显的经济优势，如提供更高的结构净高，设备安装便捷，减少基坑施工费用等，因而近年来在地下室工程中得到了大量推广。

【缺点】板柱节点的冲剪破坏是无梁楼盖的主要缺陷，冲剪破坏具有脆性破坏特征，不仅使得材料的强度利用效率降低，同时破坏引起的冲击力更容易触发结构系统的连续倒塌。特别是在实际工程中，由于无梁楼盖本身不等跨、边界条件不同、消防车\施工不均匀荷载等影响，无梁楼盖在重力荷载外还要同时承受不平衡弯矩，设计人员往往只考虑均布荷载，未按规范考虑不平衡弯矩影响，使得冲剪破坏更容易发生。此外，出于经济性的考虑，无梁楼盖设计不控制裂缝，带裂缝工作的无梁楼盖的冲剪承载力进一步下降。近年来，地下室无梁楼盖在北京、天津、、深圳、济南、佛山等城市出现了多起超载等原因造成的倒塌事故。

一时之间对无梁楼盖各种口诛笔伐，各地限制甚至禁止使用这种楼盖形式；无梁楼盖成了“无良”楼盖，因此有必要对这种楼盖的设计进行反思；

1 无梁楼盖倒塌事故综述

2014年佛山某工地挖掘机在中心花园局部区域施工作业过程中，地下室发生倒塌事故。总倒塌面积约1200平方米，其中部分结构塌落至地下室底板，部分区域仅塌陷至负一层，倒塌范围如下图所示。造成地下室倒塌的主要原因是地下室顶板上的覆土高度严重超出设计范围，设计人员对反柱帽的安全性能估计不足。

山东济南某项目，地下室共二层均采用无梁楼盖，按照六级人防设计。地下一层设计堆土1.2m，由于现场实际最大堆土达到7m，严重超出允许荷载。最终车库顶板发生脆性冲剪破坏，造成地下室两层连续破坏。现场照片图所示。

 济南某地下室无梁楼盖破坏

北京某地下室无梁楼盖施工回填设计覆土厚度为1.4m，但实际施工造成局部区域覆土厚度超过2.5m。这部分区域顶板沿柱帽边缘下沉100至220mm，覆土1.4m区域下挠30-40mm，变形偏大。进行了抗弯和抗冲剪承载力分析，发现该无梁楼盖的抗弯承载力基本满足规范和工程需要，但其设计抗冲剪承载力不足是导致该工程在施工阶段发生局部破坏的重要原因。

从这些事故发现，施工导致的超载是造成地下室无梁楼盖发生破坏的主要原因，但无梁楼盖本身冗余承载力低也是造成此类事故较多的重要原因。由于工程施工和使用阶段都有出现意外事件的可能，如何科学的对无梁楼盖进行设计，有效地防止地下室无梁楼盖结构发生冲剪破坏，防止连续倒塌，成为当前工程界关心的重要问题。

2 无梁楼盖冲剪破坏的相关研究

无梁楼盖的冲剪破坏是导致结构系统倒塌破坏的主要原因。国内外针对无梁楼盖的冲剪破坏问题开展了系统的研究工作。

现有研究集中针对竖向冲剪破坏，对同时竖向剪力和不平衡弯矩共同作用的板柱节点受力和破坏机制认识不足。研究对4个高剪重比的弯剪组合受力板柱节点进行了试验，并结合已有试验数据分析了中国规范偏心剪应力模型的可行性和合理性。4个试件的冲剪破坏锥面倾角从23.2~46.9度不等，其破坏现象与实际工程破坏的照片比较吻合。

综合文献试验结果，当重剪比在0.3-0.6之间时，我国规范偏于不安全，甚至出现高估承载力的情况。配筋率相同的提前下，中柱节点重剪比越大，其不平衡弯矩承载力越低，破坏前的征兆也越明显。对低配筋率、高重剪比的节点而言，不平衡弯矩的出现可能会改变其最终破坏形式。

在规范计算方法方面，200厚楼板冲剪破坏试验数据的统计和分析，。分析发现：对板纵向钢筋配筋率小于0.5%的楼板，我国规范公式高估了冲剪承载力；并且随着板纵向钢筋配筋率的提高，试验冲剪强度与计算冲剪强度的比值提高。

  (a)楼板 

 纵筋配筋率

3 规范冲剪计算要求

1）主要受弯区域

以8.4m×6.6m跨度无梁楼盖为例，柱截面尺寸550×550mm，覆土厚度1.8m，板厚度350mm，柱帽区域厚度800mm（450+350）、柱帽尺寸2800×2400mm；未考虑消防荷载产生的不平衡弯矩，不考虑人防作用；楼板板面X向的弯矩图按下图：

      楼板板底X向的弯矩图按下图：

这说明弯矩的最大区域集中在边跨的板底和第一跨的内支座的板面；在该区域有较大的弯矩和剪力，在设计时应高度的重视；

2）等效集中反力计算

地下室顶板的消防车荷载、施工荷载或者局部厚覆土等引起的不平衡弯矩会对地下室无梁楼盖板柱节点产生比较大的影响。不平衡弯矩的存在使得板柱节点附近区域剪应力分布不均匀，使得板柱节点冲剪承载力降低，更加容易发生偏心冲剪失效。从出现的倒塌事故看，都是施工过程中出现的问题，比如施工车辆、堆土施工等。

以8.4m×8.4m跨度无梁楼盖为例，柱截面尺寸600×600mm，覆土厚度1.5m，板厚度350mm，柱帽区域厚度800mm（450+350）、柱帽尺寸3000×3000mm。消防车荷载20kN/m2，满布消防车荷载中间柱冲剪值增加1302kN。采用等代框架计算，产生不平衡弯矩为536kNm，不平衡弯矩产生的等效冲剪荷载约446kN，不平衡弯矩产生的等效冲剪荷载约占冲剪能力的10%。

4 结论

1）不平衡弯矩引起的等效集中反力不能忽视，设计时需仔细核对

无梁楼盖设计如果仅考虑均匀荷载，未充分考虑消防车、局部堆土等不均匀荷载情况，设计会偏于不安全。从出现的工程问题看，不均匀荷载对实际工程影响很大。地下室无梁楼盖有太多复杂且不可控制因素制约了安全性，比如随意堆放的、甚至还有施工机具操作的临时施工荷载，在设计及施工中要注意进行限制。无梁楼盖结构设计及施工需要更加小心。

2）采取措施防止无梁楼盖连续倒塌

目前工程中建设了大量地下室无梁楼盖结构，大部分无梁楼盖是安全的，地下室无梁楼盖连续倒塌多由于超载等引起。由超载引起的脆性破坏（主要是冲剪破坏），需要引起重视，特别是无梁楼盖冲剪破坏引起的防连续倒塌设计需要进行进一步研究。建议采取一定的措施，增加冲剪钢筋、抗剪连接件等。新规范2016局部修订版，建议无柱帽的无梁楼盖结构加暗梁。

3）建议适当增加无梁楼盖冲剪安全富裕度

设计时建议增大无梁楼盖冲剪安全富裕度，适当增加柱帽厚度等，考虑后期荷载增加，不要仅仅满足于规范要求。不建议甲方等对地下室无梁楼盖优化到极限。无梁楼盖设计需要引起更多的注意，防止施工等偶然因素引起连续倒塌。无梁楼盖配筋率对冲剪有一定的影响，在低配筋率下，规范冲剪可能偏于不安全，对于这类无梁楼盖需要给予足够重视。