无梁楼盖结构设计与施工风险 影响因素及质量保障措施

无梁楼盖结构体系自诞生以来，已在国内外的大量工程项目中得到了广泛应用，学术界、工程界针对无梁楼盖结构体系的系统性理论研究、实验研究以及工程实践，均很好地证明了该结构体系本身的安全性、实用性、经济性及合理性。自 1990 年由原建设部批准发布的《钢筋混凝土升板结构技术规范》（GBJ 130-90），第一次将无梁楼盖结构体系结合我国实际情况进行系统性梳理以来，通过国家规范标准的历次更新与修订，业内已经建立起了一套相对成熟完备的技术标准体系。尽管如此，无梁楼盖结构体系还是面临着诸多的优点和缺点：

其优点是：①空间利用灵活，净空高，机电安装工程方便，减小吊顶空间；②结构高度小，可显著降低层高；③施工建造方便，模板支设及钢筋绑扎简单方便，可有效缩短工期。

其缺点是：①楼板厚度较大，混凝土用量、钢筋用量等材料用量较大。②破坏模式上往往为冲切脆性破坏 （不同于普通梁板结构的延性破坏模式）——无预兆，破坏时已经来不及进行支撑回顶或卸载甚至疏散撤离。

目前工程项目中大量地下室采用了无梁楼盖结构，大部分无梁楼盖是安全的，少量发生质量事故的无梁楼盖结构绝大多数是由于超载或不均匀堆载导致的。即便如此，无梁楼盖结构的设计和施工过程中，仍然存在一些不可控的风险性因素，需要进行特别关注。

鉴于钢筋混凝土结构的抗剪或抗冲切问题的复杂性，目前国家规范的计算公式大部分都是基于试验研究的经验公式：

（图 1 冲切椎体破坏）

（图 2 国家规范假定的 45° 冲切破坏面）

（图 3 MCFT的 30° ~60° 冲切破坏面）

3.1 载荷取值

对于地下室顶板，由于绿化景观覆土厚度、覆土范围变化较大，以及消防行车路线不规则等因素的存在，使得顶板实际负荷较大，而且载荷分布不均匀。结构设计时，设计人员对所有使用载荷预估的合理性，将直接影响着后续结构计算分析的准确性。

3.2 柱帽尺寸

当楼面载荷较大时，为提高板的承载能力、刚度和抗冲切能力，一般会通过在柱顶设置柱帽的方式。国家规范对柱帽的尺寸提出“应满足受冲切承载力的要求。……柱帽高度不应小于……长宽尺寸不宜小于……”，对此并未提出更加严格的强制性要求，这就给了设计人员在确定柱帽尺寸时更大的自由度。使得同样的条件下，不同的设计人员设计出来的柱帽尺寸就会有比较大的区别，最终导致在构件的安全系数甚至破坏模式上都会带来比较大的差异。

3.3 构造暗梁

《建筑抗震设计规范》2010版曾要求对无梁楼盖均加暗梁。《建筑抗震设计规范》2016局部修订版，仅要求针对没有柱帽的无梁楼盖，应在柱上板带中设置构造暗梁。规范同时规定暗梁宽度不大于柱宽+3倍板厚，就意味着构造暗梁的目的是为了使受力钢筋尽量集中，大于这个范围的受力钢筋对柱子的约束能力迅速下降；但是对于有柱帽的情况下无梁楼盖到底要不要设置暗梁，规范并没有明示。由于不同的设计单位或者设计人员对这种情况的理解不同，对有柱帽的无梁楼盖是否设置暗梁尚无统一做法。

3.4 不均匀堆载引起的不利影响

对于地面覆土堆载，结构设计时一般都是按照均匀分布的静止载荷进行考虑，这种情况下，柱子两侧基本处于弯矩平衡状态。覆土堆载前，无梁楼盖结构已经处于一种静态平衡（自重）；覆土完成后，整个结构处于另外一种静态平衡（负重）。覆土施工的过程，就是从一种平衡状态向另外一种平衡状态转换的过程，特别是当覆土施工分片分区进行时，初始的静态平衡被打破，而新的平衡状态尚未形成，如果仅考虑均匀载荷，未充分考虑消防车、局部堆土等不均匀载荷情况或者未考虑活载荷不利布置，当柱帽一边堆载较大，而另外一边却没有足够堆载加以平衡时，就会很容易引起柱顶的破坏。这也是发生质量事故的无梁楼盖结构大多是在覆土堆载过程中发生垮塌的原因之一。

3.5 计算方法的选取

对于无梁楼盖，业界常用的几种计算方法主要有：

（1）经验系数法：自 20 世纪初无梁楼盖出现以来，采用经验系数法计算无梁楼盖内力一直沿用至今。该方法物理力学概念明确，简单实用，仅适用于竖向载荷作用下的近似计算，但是结果比较粗略，一般仅用于手工计算复核。

（2）等代框架法：该方法是将整个结构沿纵横柱列方向分别划分为由“框架梁”和“框架柱”组成的框架，其“框架梁”的宽度取板跨中心线间的距离，“框架梁”的高度即为板厚，“框架柱”取实际柱大小。其特点是计算模型简单，计算量小，柱网规则时效果比较好，结果较为准确可靠；柱网不规则时，很难人工划分出明显的板带， 很难算准确。另一方面，等代框架法的计算模型把柱与板的局部变形协调变成了柱与板完全范围的变形协调，过高地估计了柱子对板的约束程度。

（3）有限元数值模拟方法：该方法是基于板、壳单元的有限元方法，将无梁楼盖划分为一定数量的有限元单元，并将各单元之间进行变形协调，从而得出准确的无梁楼盖内力。这是一种通用计算方法，对结构的布置限制很少，计算结果较为真实准确。但计算量较大，需要进行大量的数据输入及整理工作。同时，由于有限元法对于网格单元划分大小、形状非常敏感，对于设计人员来说很难把握，故在工程设计中的应用受到限制较多。

3.6 结构概念的把握

梳理现行与无梁楼盖有关的国家规范后发现，规范中涉及对无梁楼盖的要求相对甚少，这一方面给予了设计人员以较大的主观能动性和自主选择空间，另一方面对设计人员的能力也提出了相对更高的要求，只有在具备了清晰准确的结构力学概念、深刻理解了规范条文的背景原因、准确把握了各项设计软件参数的基础上，辅以丰富合理的设计经验，才能真正设计出安全、合理的工程项目。

4.1 混凝土的浇筑养护

由于地下室平面尺寸一般都非常大，其与空气的直接接触面积也较大。特别是地下室顶板区域，混凝土浇筑后，容易直接受昼夜温差、干湿气候环境的影响。如果缺少足够合理有效的养护措施，在拆模前混凝土内部的温度应力、干湿收缩、水化反应收缩等都会使得在混凝土结构内部产生大量的微裂缝。微裂缝的发生和发展将直接影响到混凝土的力学性能质量及其与钢筋之间的粘结性能，并最终对结构的安全性带来一些不利影响。

4.2 局部堆载以及超载

由于园林景观及绿化的需要，地下室顶板往往会伴随着大量的种植覆土。设计计算时，根据覆土的最终效果进行载荷计算，即一般按覆土均匀分布来考虑；而实际覆土施工过程中，很难甚至不可能做到对种植土进行分层铺设，这样一来局部堆载甚至一定程度的超载就不 可避免。局部堆载带来的不利影响就在于对柱顶产生的不可忽略的不平衡弯矩，而超载到一定程度所带来的不利影响往往就是始料不及的灾难性破坏。

4.3 行车路线

由于消防的需要，地下室顶板虽然一般均会规划设计有一定固定路线的消防通道及消防登高面。但实际施工时，施工车辆的行车路线很难做到完全与消防通道的路线进行重叠。当满载的卡车行驶在地下室顶板区域时，局部的超载往往就变得更加不可控。

4.4 材料质量的管控

对于无梁楼盖柱帽范围的混凝土强度等级，结构设计时一般均按照等同柱的混凝土强度等级进行了计算考虑，但施工单位在对这个区域的混凝土浇筑施工时，为了施工操作的便利性，往往会将此区域的混凝土与楼板的混凝土同时浇筑，即柱帽区域的混凝土强度等级实际按照楼板的混凝土强度等级进行了施工，特别是当柱的混凝土强度等级高于楼板的混凝土强度等级时，这一问题方显突出。施工时，柱帽范围局部材料与设计材料的不一致性，这也为无梁楼盖在这一关键节点区域留下了一定程度的不确定性。

（1）建议切实提高源头管控能力：

建议所有项目，施工开始前项目部协同组织设计单位、监理单位、施工单位进行严格的图纸会审工作，形成图纸会审记录并存档，针对图纸中发现的问题建议在施工开始前完成变更。

（2）建议在严格执行国家现行规范的基础上，以更高的标准复核结构设计工作：

①对于无梁楼盖地下室顶板的载荷取值，建议经由建筑、园林、景观、机电等各相关专业的确认及复核后取用。

②建议对无梁楼盖均按有托板或柱帽的方式进行设计，柱帽范围内，无论计算是否需要配置冲切箍筋或弯起钢筋，建议均配置适量的构造性冲切箍筋或弯起钢筋以增强柱帽的冲切延性。

③建议加强无梁楼板的裂缝宽度验算，严格控制柱帽顶部板面的裂缝宽度及深度，防止柱帽顶部裂缝深度的过 度开展导致承担混凝土冲切承载力的抗拉强度完全失效。

④建议在柱上板带中设置构造暗梁，以增强无梁楼盖结构的整体抗连续倒塌能力。

⑤建议对项目中存在大面积深厚覆土的结构，在施工图设计时补充施工阶段验算，充分考虑节点不平衡弯矩作用下产生的剪力影响。

⑥建议针对无梁楼盖结构的计算分析，采用不少于 2 种不同力学模型的计算方法进行相互校核。

⑦无梁楼盖当楼板厚度大于 300mm 时，顶底双层纵筋之间建议设置上下拉结筋，以增强上下两层钢筋网对混凝土的约束作用。

⑧混凝土浇筑时，柱帽范围内混凝土建议一次性连 续浇筑，浇筑不得随意留施工缝；浇筑完毕后，应及时进行保温养护，在柱帽及楼板混凝土强度达到 100% 之前，建议严禁拆除底模。

（3）建议增强过程管理力度，加强施工措施保障：

①混凝土进场除常规检验外，建议由甲方、监理单位、施工单位共同见证塌落度试验及同条件试块制作，三方签字并留好影像记录，杜绝不合格混凝土进场。

②建议加强混凝土浇筑及养护，避免振捣不充分、提前拆模等情况的发生。

③无梁楼盖板面如有施工堆载，建议避免堆载过于集中，施工堆载前建议进行临时支撑。该支撑须充分考虑板下施工需要，临时支撑应待回填土沉降稳定或绿化施工完毕后方可拆除。

④建议严格控制车辆流线，对于无梁楼盖板面，尤其是已覆土的板面建议严禁重车行驶。重载材料车不应进场，建议在场外安排小车将材料转运至堆场。如因场地原因无法避免重车上楼板的情况，建议对行车路线及堆载区域做好必要的回顶措施及施工变形监测。

（图 4 消防车载荷布置示意图）

（图 5 柱上板带构造暗梁布置示意图）