无梁楼盖中的柱帽设计_张元坤.pdf

图 1柱帽设计示意图 4545 bL t t1t2 4545 bL t t1t2 注）tt1t2（t1为平板厚度； t2为柱帽 （托板） 厚度， 小于通风管道高度， 一般为 500mm） ； b2L 为柱帽 （托板） 宽度 t2L1） 訴 托板 訳 斜柱帽形式 0前言 无梁楼盖作为一种楼盖形式， 由于具有有效地 控制楼层层高、 土建施工简便、 形成的室内空间开阔 简洁、 结构造价不太高等优点， 故常常被应用于多层 地下室的中间楼层结构中。 为了使无梁楼盖结构具有较大的安全度， 同时 考虑节省结构材料 （混凝土及钢筋， 尤其是后者 ） ， 通 常都采用设柱帽的无梁楼盖而不采用无柱帽的平板 式。柱帽的尺寸 （平面宽度和截面厚度 ） 的取值不仅 决定柱帽节点的抗冲切承载力安全度， 而且关系到 平板部位的弯矩分布， 同时也影响到室内设备管道 （线 ） 的架设， 柱帽的设计焦点就是综合考虑以上各 方面因素， 从中优选出合理的平衡点。 1柱帽的设计原则 柱帽形式不论是采用斜柱帽还是采用厚托板， 其设计原则应包括以下几点 ⑴ 抗冲切承载力一般完全由混凝土承担， 不考 虑配置箍筋和弯起钢筋； ⑵ 完全由混凝土承担的抗冲切承载力必须留 有足够的富余量， 杜绝出现抗冲切的脆性破坏； ⑶ 柱帽的厚度， 对于斜柱帽即是柱帽根部高度， 不应低于通风管道的下端； ⑷ 在平板厚度满足其平面外刚度、 平板的底筋 及支座负筋的配筋率适度的前提下，柱帽的平面宽 度尽量缩小，但必须保证柱帽的外边线在冲切破坏 锥体的斜截面之外， 如图 1 所示。 当柱帽按上述原则取值时， 对于仅作为停车库的 无梁楼盖， 其抗冲切承载力的能力绰绰有余。 无梁楼盖的结构计算现在都通过有限元分析来 无梁楼盖中的柱帽设计 张元坤 （广州 RBS 建筑结构设计事务所广州 510170 ） 摘要 无梁楼盖特别适用于多层地下室的中间楼层， 其中的柱帽设计涉及板柱节点的抗冲切、 平板及柱帽面筋的合理配 置以及对设备管道 （线 ） 布置的影响， 本文将从上述几方面论述无梁楼盖柱帽的合理设计。 关键词 无梁楼盖；柱帽尺寸；抗冲切承载力；构件配筋；设备管线 The Design of Column Cap of the Flat Slab Zhang Yuankun （RBS Architectural Engineering Design AssociatesGuangzhou 510170， China ） AbstractThe flat slab is especially suitable for the middle floor of multi-story basement. The design of column cap are involved to the punching shear of plate joints， the rational allocation of flat plates and cap reinforcement， and the influence of equipment layout and piping design. From the above aspects， the rational design of column cap of the flat slab is discussed in this paper. Keywordsflat slab；column cap size；punching shear capacity；reinforced component；equipment and piping 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2015 年 6 月 第 6 期 JUN 2015 No．6 3 图 3配筋规格 （Y 向配筋同 X 向 ） 訴 托板訳 斜柱帽 1300 h250h250 10150 （面筋） 12200 （底筋） 12200 （底筋） 81001300 1300 10150 8100 8100 1300 10150 （面筋） 12200 （底筋） 12200 （底筋） 14150 14150 1300 1300 13001300 图 2典型柱网无梁楼盖柱帽尺寸图 訴 托板形式 訳 斜柱帽形式 4545 600 6001000 600400 250 50 300 4545 500 6001000 600400 250250 表 1柱帽承受冲切承载力安全度 柱帽 形式 可承受的 冲击承载力 （kN ） 实际荷载 设计值 （kN ） 比值 斜柱帽27158173.32 1 托板20088262.43 1 张元坤无梁楼盖中的柱帽设计 完成。结构分析表明， 平板部位的底筋除与其厚度有 关外， 还与柱帽平面尺寸有关， 在平板厚度 （常规柱 网的厚度为 200250mm ） 合理确定之后， 柱帽平面尺 寸越大， 平板底弯矩越小。虽然规定柱帽的外边线必 须在冲切破坏锥体的斜截面之外，且越往外对减小 平板底弯矩越有利，但为了扩大楼层有效净高部位 的面积以提供较大空间给设备管道 （线 ） 的架设， 故柱 帽的平面尺寸还存在一个综合合理尺寸问题，一般以 伸出柱边 L07 长度为宜。 而对于平板部位的边支座也即柱帽面的配筋， 如 采用斜柱帽形式，应使面筋的控制点位于柱帽边缘； 如采用托板形式， 由于托板厚度有限， 托板不成为柱 帽的 “刚体” ， 其面钢筋的控制点往往位于柱边处， 当 其配筋量过高时， 应加大托板厚度。 2典型柱网的无梁楼盖柱帽 对于 8.1m8.1m 柱网的普通停车库无梁楼盖（车 库活载按规范规定为 2.5kN m2） ， 为了达到各处的配 筋规格均衡合理， 采用斜柱帽形式和托板形式的各 部位结构尺寸如图 2 所示。 根据 混规 第 6.5.1 条， 不配置箍筋或弯起钢筋 的受冲切承载力公式 Fl≤ （0.7bhft0.25spc， m）humh0 计算 （混凝土强度等级为 C30 ） ， 两种柱帽形式的抗 冲切承载力安全度见表 1。 表 1 说明按图 2 所示柱帽尺寸， 无梁楼盖抗冲切 承载力具有足够的安全储备。 柱帽平面尺寸主要起控 制平板底筋和面筋配置量作用。 按普通停车库荷载计 算所得的配筋规格如图 3 所示。斜柱帽和托板形式 的平板部位配筋相同，不同的是托板部位的面筋和 底筋均大于斜柱帽部位，说明斜柱帽的竖向刚度大 于托板。 3无梁楼盖的层高及竖管设置 设备管道 （线 ） 通常在避开柱帽位置的平板下布 设， 故无梁楼盖的层高由下式推算确定 h50 （面层 ） 250设备管道高度需要楼层净高。当设备管道高 度500， 楼层净高2400 时， 推算出楼层层高 h3200， 说明地下室层高能有效地得以控制。 当地下车库需要布置竖向排水管时， 由于排水管 直径 D≤150， 排水管可紧贴柱边穿过柱帽设置， 柱帽 中预留 D180 竖孔或预埋套管， 对柱帽的抗冲切承 载力影响甚微，故不必顾虑竖向排水管的布置而否 决无梁楼盖在地下室中间楼层的采用。 4人防顶板的无梁楼盖 如果地下室楼层是人防顶板， 由于作用于顶板上 的核武器爆炸动荷载远大于常规停车库， 如再采用通 常的斜柱帽或托板形式的无梁楼盖，为了满足人防 顶板承受爆炸动荷载的强度要求， 势必要加厚平板厚 JUN 2015No．62015 年 6 月第 6 期 4 度和加大柱帽或托板的高度，其结果一是增加结构 自重， 即耗费较多的结构材料， 二是可能会妨碍室内 设备管道 （线 ） 的架设。此时应明了无梁楼盖承受竖 向荷载的作用机理， 按照跨中板带→柱上板带→柱 帽的传力路径及重要性次序给予不同对待而采用 “有斜柱帽的柱上板带加厚的无梁楼盖” 形式 （如图 4 ） 。 平板厚度一般不小于 300mm， 柱上板带在平板厚度上 增加 150mm。 由于人防顶板承受的爆炸动荷载很大， 斜柱帽 的抗冲切如完全由混凝土承受势必要加大柱帽尺寸 而影响使用， 此时需考虑配置抗冲切钢筋。对于柱 上板带加厚的无梁楼盖， 为了架设钢筋的方便宜只 配置弯起钢筋而不配置箍筋。由于柱帽处配置了抗 冲切弯起钢筋， 为避免柱帽面筋过于密集， 柱上板带 通长面钢筋应以柱帽处的弯矩为控制配筋。人防地 下室如单纯为核 6 级或核 5 级， 则人防顶板的强度 要求 （包括柱帽的抗冲切 ） 按所设的抗爆级别设计； 当同一地下室同时存在不同抗爆级别时， 为了平时 使用时结构外观的统一性，也为了适应人防抗爆区 域变动的可能性， 同一楼层的人防顶板的爆炸动荷载 宜按最高级别的设计。 采用图 5 的柱帽尺寸， 对于 8.1m8.1m 柱网的核 5 级人防顶板， 顶板等效静荷载标准值 qel100kN m2， 依据 混规 第 6.5.3 条公式 Fl≤ （0.5ft0.25spc， m）hum h00.8fyAsbusina， 再考虑人防地下室时结构材料强度 的综合调整系数gd（混凝土gd1.5， 钢筋gd1.2 ） ， 如 每向配置9 18弯起钢筋， 其抗冲切承载力为6834kN， 实际承受的冲切力为 6752kN， 满足柱帽的抗冲切要 求。通过配置必要的弯起钢筋的柱帽尺寸既满足受 力要求又使室内空间简洁有序， 是较理想的设计。 5结语 无梁楼盖的柱帽设计是该楼盖形式的重点部位， 其结构尺寸的取值涉及柱帽的抗冲切、 平板部位配筋 合理性以及对室内空间设备管道 （线） 布置的影响， 因此柱帽的设计 （包括其尺寸选择和配筋规格 ） 应根 据柱网尺寸、 平板厚度、 板面荷载大小多因素综合权 衡， 找出合理的平衡点， 以充分发挥无梁楼盖的优点。 参考文献 ［1］GB 50010-2010混凝土结构设计规范 ［S］ ［2］GB 50009-2012建筑结构荷载规范 ［S］ ［3］GB 50038-2005人民防空地下室设计规范 ［S］ 广东土木与建筑JUN 2015No．62015 年 6 月第 6 期 图 4柱上板带加厚的无梁楼盖 通长面筋 平板底筋 柱上板带面筋 柱上板带底筋 150300 图 5柱帽配弯起钢筋抗冲切 900600 600 100 45 700 800 350 150 300 45 100700 0000000000000000000000000000000000000000 征 稿 简 则 广东土木与建筑 （月刊 ） 以刊登我国土木建筑工程领域应用性研究和工程设计、 施工实践经验总结类技术论文为主， 开辟有地基基础、 建筑设计、 建筑结构、 建筑物理、 建筑设备与给排水、 施工技术、 工程监理、 项目管理、 市政路桥、 工程检测与加固等栏目， 是相关专业广大工程技术人员及大专院校师生进行学术成果和技 术经验交流的一个重要园地。 来稿应符合以下要求 ①理论和学术观点明确， 数据准确可靠， 注重技术性、 实用性和时效性， 论文结构严谨， 文字表述通顺， 图表说明恰当， 字数一般为 3 0 0 0 ～8 0 0 0 字。②符合科技论文的写作格式， 包括有中英文的题名、 摘要、 关键词， 文后应附有参考文献， 要求以 w o r d 文档形式按技术论文格式排版并认真核 对， 自留附图原图或绘图文件， 以备审稿通过后排版时提交。③论文中的文字、 科学名词术语和计量单位符号应符合国家现行方案、 规范和标准， 国家无规定者 则应合乎专业习惯； 公式中的外文参数需清晰地排出， 包括大小写、 正斜体或黑体、 上下角标等。 ④审稿时间约为 1 5 天， 对通过审稿或需修改的稿件我们将电话 通知论文作者， 如 1 个月内未收到电话通知， 可来电询问稿件审查录用情况或自行处理。⑤编辑部对刊用稿件有权作文字性修改或删节， 对不按审稿意见修改 的稿件， 将有权不予采用。⑥论文投稿邮箱 g d t m 1 6 3 . n e t ， 并请注明留下联络方式 。 声明 本编辑部从未开通 “在线投稿” 或 “审稿系统” ， 也从未将任何一篇论文推荐转投其他刊物， 论文录用必定由编辑部电话 0 2 0 - 8 7 2 5 2 5 2 1联络作者本人， 请 勿轻信网上投稿或录用信息， 谨防受骗。如有疑问请来电或发邮件至本刊唯一电子邮箱g d t m1 6 3 . n e t 联系。编辑部 5