【原创】北京无梁楼盖地库塌了引起的思考 ——不是无梁楼盖不好,是你的无梁楼盖不好

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北京 无梁楼盖 地库塌了引起的思考 ——不是无梁楼盖不好,是你的无梁楼盖不好 长沙巨星轻质建材股份有限公司 欧石军 2017.9 本文为原创,转发请注明出处,部分数据来自网络,在此对提供数据的人表示感谢。 一、引言 网络信息非常多,因此我先引用一下搜狐网:2017 年 8 月 19 日,北京市石景山区西黄村 A-E 地块地下车库发生坍塌,如下图:

北京 无梁楼盖 地库塌了引起的思考
——不是无梁楼盖不好,是你的无梁楼盖不好
长沙巨星轻质建材股份有限公司 欧石军 2017.9
本文为原创,转发请注明出处,部分数据来自网络,在此对提供数据的人表示感谢。
一、引言
网络信息非常多,因此我先引用一下搜狐网:2017 8 19 日,北京市石景山区西黄村 A-E 地块地下车库发生坍塌,如下图:
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随后北京市规划和国土资源管理委员会下发通知,要求各设计单位针对北京市自2014年9月30日至今在施及在设计阶段的项目,开展地下室无梁楼盖设计自查工作。
由此,意识到这个问题还牵扯到设计,于是引发了国内工程界普遍关注,那些要参与无梁楼盖项目的又对无梁楼盖不是很了解的人就出现了恐慌,恐慌源于不了解,于是有人又以避免问题的方式趁机打技术广告,很多标题鲜明的文章出来了,但是并未让大家看了就明白了,消除疑虑了。因此本文对几个重要的问题提供一个解释或者思路,以供大家参考。
二、事故发生的原因和设计对应措施
国内知名专家朱炳寅于2017年9月20日在新浪微博就发言了:
QQ截图20170927151907.jpg
我非常同意这位专家的观点,下面我就把分析做得丰满一些,顺便就结合规范把对应措施做个交代。
1、 抗震规范规定,没有柱帽的无梁楼盖是要设置构造暗梁的,这个暗梁配筋要不小于柱上板带所需的50%,且暗梁底筋不小于支座的50%。请注意这里说的是没有柱帽才设暗梁,没有说都要设暗梁;但是抗震规定在地下室那一章又有补充,地下室要设构造暗梁,这个是构造措施,这里并没有说有柱帽就不设暗梁,然而北京地区以前没有做暗梁的就非常多,因此这个项目做了柱帽不做暗梁就被审图通过了。实例多,不代表没有隐患。抗震规范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钢筋集中,大于这个范围的钢筋对柱子影响力迅速下降;当柱上板带暗梁外的板筋均匀布置时,同样按50%配筋的暗梁宽度越窄时相当于柱帽处的配筋也是越大的。有些人以为暗梁在允许范围内越宽越好,这个观点是错误的,当然做实心无梁板的时候暗梁取宽一些,有时候可以节省纵筋,但对柱的约束能力也下降了。
2、 抗震规范为了防止无梁楼盖脱落垮塌,板底连续钢筋总截面面积As ≥Ng/fy,大概意思就是即使楼板破坏了,柱子之间连接的底筋提供的栓钉剪力也可以承受楼盖自重,我打个比方加强理解,就是柱子为支撑,底筋为钉子,把楼盖钉在柱子上,只要“钉子”不断,楼盖就不会掉到下面一层去。这个这个“钉子”底筋并不小,如果8.1*8.1m柱网,按0.4m砼板+1.8m土+5kPa活载来算,通过柱子的底筋总和为:(0.4*25+1.8*18+5*0.5)*8.1*8.1(kN)/360(MPa)=8183(mm2 ),则柱子每向每侧穿过柱处的钢筋为8183/4=2046mm2 。对于没柱帽的,这个钢筋非常明确,就是设置在柱子宽度范围内的。但无梁楼盖一般都会有柱帽,由于柱帽冲切椎体可以考虑从底部算起的45度椎体,因此有些人便考虑为从柱帽底部往上冲切椎体范围内的板底筋(含暗梁底筋)。这样做有一定道理,但前提是要保证不会因为抗弯有问题而引起冲切直剪破坏,由事故图可看见,柱头上没有柱帽了,并不见得这个项目没有做柱帽,因为直剪破坏把柱帽剪掉了。可见防止直剪破坏和连续垮塌,就必须把这部分钢筋不打折扣的放到柱子范围内。
3、 活载不利布置也很重要,如果不设有可能会导致偶然大荷载产生的冲切不足。如果没有考虑活载不利布置,在恒载下中柱基本上是没有弯矩的,也就是说柱子的冲切是没有考虑不平衡弯矩的,如果出现偶然大荷载,就会产生较大不平衡弯矩而造成冲切不足,产生破坏。
4、 实心无梁楼盖设计过程还有一个比较重要的验算常常被忽略,就是裂缝宽度计算。笔者用手算算过板带宽度和柱帽宽度范围内的裂缝,一般要控制0.2mm的裂缝的话,1.5m左右覆土不走消防车时支座筋总量要放大20%~25%,走消防车的也要放大约5%~10%。而程序一般采用有限元分析,不少软件对裂缝计算尚不成熟,但由于计算书需要,也会提供一个计算结果。
以上四点做个归纳为三点:首先柱处抗弯很重要,保证抗弯才能保证冲切,通过设置构造暗梁和抗裂验算满足;其次考虑活载不利布置,冲切要考虑不平衡弯矩;最后穿过柱子的板底筋数量要满足规范要求。只要这几点做到,其抗震整体性和放连续垮塌的技术风险将大幅降低。
达到这些构造要求的软件首推PKPM的SLABCAD,它生成的计算书是柱上板带格式的,这便于暗梁的构造设置,可以通过调整板的配筋率来计算板带的裂缝挠度,笔者对比过其他计算软件,PKPM是比较稳妥的。
三、GBF空心无梁楼盖的构造和计算
因为空心楼盖还多了空心楼盖技术规程的限制,规程制度时参考了高层无梁板一些构造,而空心板由于空心率的原因板厚也更大,因此空心楼盖实际上比实心无梁的刚度和整体性要强很多。
1、 截面高度。比如8.1*8.1m跨1.2m覆土的实心无梁板可能会做350,而空心无梁板会走1/18跨度取450,因为广东省出了地方标准,只要暗梁高度达到1/18就可做嵌固端。450的空心板(刚度折减系数约0.88)考虑暗梁加权之后的刚度是350的1.87倍。《现浇混凝土空心楼盖技术规程》JGJ/T-268规定柱间实心板带宽度不小于柱宽+200,这个实心板一般会做成符合抗震规范要求的暗梁,暗梁的设置也可以减少暗梁外板筋的直径,对芯模的安装也更为方便。由于截面高度和暗梁的宽度有要求在这里,因此暗梁实际上是一个宽扁梁,这个宽扁梁的受力特性和普通梁板的宽扁梁不同,它不是按框架梁导算荷载算出来的一个普通梁,它是和同高楼板共同受力的一条加强板带,只是一个承载力要达到柱上板带的50%的宽扁梁。因此所谓的空心无梁楼盖只是建筑外观上的无梁,结构上是暗梁、宽扁梁。
2、 暗梁的配筋量。4~4.2m宽的柱上板带把50%的配筋设置在约700~900宽的暗梁内,这就是空心无梁楼盖范围内通常的做法。按这个构造要求做了暗梁的柱上板带的底筋富余都在20%~40%。如果不做暗梁,造价肯定更省,但设置暗梁更稳妥。几乎所有GBF空心无梁楼盖都是这样做的。由于暗梁的存在,通过柱子的板底筋也更好设置,就是暗梁筋,空心楼盖的暗梁的底筋基本上都满足通过柱子钢筋总数的要求。只要是长沙巨星轻质建材股份有限公司参与指导或者把关的项目,都会从这几项构造去复核。
3、有地震力时模型计算
通常地下室的地震力小,以PKPM为例设计的时候经常用100x100虚梁做主梁输入划分板格,这样处理是没有考虑柱上板带的水平力的。当7度~8度区地面以上结构需要做无梁楼盖计算时,就不应采用虚梁,而是要用等带梁(或效梁),这样可以生成柱上板带的水平力,这样在进行有限元分析时就会考虑这个水平力的组合,这样算出来的冲切更合理。
4、板柱体系不等于无梁楼盖
板柱体系是一个确切水平力受力体系,由无梁楼盖和柱子形成。而无梁楼盖就没有了解释,结构上无梁就是真的无梁,建筑上的无梁就是看不到梁。随着转换厚板楼盖出现与应用,厚板被脱离出无梁楼盖范畴;随着空心楼盖的出现,暗梁楼盖被大量应用,广东省首先指定了地方空心楼盖技术规程,开放了空心楼盖的宽扁梁、暗梁的应用范围。因此不管建筑上是否无梁还是有梁,不应该是判断其体系的依据,而截面高度和跨高比和计算方法才是影响受力的重要依据,只要截面高度符合要求,计算时考虑其承受的所有水平力,就可以做受力框架而摆脱板柱体系。
四、宽扁梁+空心板
空心楼盖不等于无梁楼盖,空心是和实心相对的,无梁是和有梁相对的。空心楼盖有无梁板也有有梁板。比如8.1x8.1m的商业,600x400主梁+280厚空心板这就是框架无次梁结构,是框架的范畴不是板柱范畴。
五、无梁楼盖设计发展和无梁楼盖计算软件
PKPM很早就有SLABCAD,但它没有开发无梁板自动成图的后处理模块,设计师做施工图还要根据计算书去亲手画,因此无梁楼盖设计会大幅增加设计师的工作量,这也是无梁楼盖在地下室具有很大的优势而未大量采用的重要原因。一定要做无梁楼盖的项目,设计师会看很多资料,做很多手算复核,还要亲手画图,一套弄下来清清楚楚,该满足的规范一条都不会少。
现在在有限元分析这块,国内冒出了很多设计软件,大多可以自动成图,大大减少了设计师的工作量,光对计算书就可以了,除非时间富余多,可能会去琢磨一下计算书对不对。而SLABCAD还是原先那样,没有自动成图功能,自然就逐渐被边缘化了。
由于软件方便了设计,无梁楼盖也被大量应用。但有些软件还有很多不成熟的地方需要改进,比如某个软件,计算带柱帽的空心无梁楼盖时,生成的直接结果就是柱帽边的结果,如果做无梁楼盖的经验不丰富,可能就会照着计算书就配筋了,那就危险大了。最好的就是应用两种软件对比一下,这样就有个参照了。
我在这里对软件也有建议,因为抗震规范对暗梁的要求是要50%的柱上板带,因此希望那些计算出不是以板带形式出现的软件,补充板带形式的计算书,这样设计起来更容易满足抗震设计的构造要求,再补充一下通过柱子底筋的配筋计算量,这样也不必去手算了。

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  • ougaogong
    ougaogong 2017年09月26日 12:45:04 2楼
    本帖最后由 ougaogong 于 2017-9-26 12:46 编辑 六、施工条件把控 有时候施工条件容易出现偶然较大荷载的超载现象,从而造成严重事故,比如2014年11月17日山东省济南市长清区名流华第项目车库地下室回填土施工过程中,车库一层顶板突然坍塌。如下图: (这张图片可以到网络上搜,我放不上去) 鉴定中心给出了如下鉴定结论:根据现场检查检测、车库顶板承受力验算、7.0m厚堆土情况下车库顶板承载力计算及综合分析,车库顶板塌落是由于堆土荷载超出设计使用荷载所致。主体方调查发现土石方施工单位,擅自将堆土集中在一个地方,并在车库顶板上运行重吨位拉土车,才导致本次车库顶板的塌落。土石方单位的违规操作和第三方监理单位监管的工作疏忽,是本次事件发生的最主要原因。 项目主体多方都有技术负责人,在超载幅度很大的情况下仍然继续作业导致事故发生,这就是人祸了。在荷载增加过程中,只要是有人提出做验算,都不会造成这样的事故。结构设计师不可能考虑所有的偶然情况,就是超载也是有限量的,荷载的分项系数中恒载可以超载20~35%,活载可以超载40%,这些富余吃掉,就是吃材料的强度富余。如果施工的时候和后期使用的时候没有人监督反馈,靠设计来做富余是不经济合理的。 六、小结 无梁楼盖技术应用很多年了,在国外仍然在大量应用,国内对无梁楼盖设计显得更为谨慎。国内规范对无梁楼盖设计有较为严格要求,然而仍然有很多不符合规范的又更节省的无梁楼盖被设计出来,就增加了项目的技术风险。选取合适的软件进行计算,考虑多种软件复核验证,结合规范要求的构造,每一个环节都争取做到位,尤其是暗梁的设置和配筋构造是保证保抗弯保冲切的关键构件,通过柱子的底筋是防止垮塌的重要构造。考虑活载不利布置和一定的安全富余及良好的构造是防止出现连续垮塌的关键措施。只要做好了,无梁楼盖就能做得无忧。 空心无梁楼盖通常都是按抗震规范要求设置了宽扁梁,它不是真正意义上的无梁楼盖;其保留了无梁楼盖的美观效果和优良的空间效果。虽然其竖向荷载下无梁楼盖受力的特性仍然是和无梁楼盖相同的,但其截面高度更容易形成宽扁梁抗震体系,结合柱帽完全可以满足约束柱子抗震的要求,构造上按符合抗震要求则可有效防止出现冲切破坏和连续垮塌。 一些宽扁梁+空心大板就是框架体系,柱子处竖向力平衡也不是冲切而是受剪,梁板协调是减少宽扁梁弯矩的主要原因,即采用空心板可以降低主梁高度,其竖向受力和无梁楼盖有相似而不是相同,主梁的作用很突出,只要设计合理,施工不出现质量事故,一般不会有突然垮塌的情况发生。
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  • 晓晓布丁
    晓晓布丁 2017年09月26日 15:18:04 3楼
    图片无法显示,可以重新上传一下哦~
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  • 古德满
    古德满 2017年09月27日 10:21:49 4楼
    学习了,谢谢楼主的好资料
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  • duanjjxj
    duanjjxj 2017年09月27日 14:35:14 5楼
    学习了,谢谢楼主的好资料
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  • hs1020038489
    hs1020038489 2017年09月27日 15:02:25 6楼
    虽然没有仔细看,慢慢研究
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  • weizhaoxue1983
    weizhaoxue1983 2017年09月28日 10:16:07 7楼
    希望早点有结论。谢谢分享、
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  • miniky
    miniky 2017年09月28日 16:02:49 8楼
    晓晓布丁 发表于 2017-9-26 15:18 图片无法显示,可以重新上传一下哦~ 布丁不是离职了么?
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  • blanchett
    blanchett 2017年09月29日 09:09:53 9楼
    希望早点有结论。谢谢分享、
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  • miniky
    miniky 2017年09月29日 09:25:22 10楼
    晓晓布丁 发表于 2017-9-26 15:18 图片无法显示,可以重新上传一下哦~ 布丁不是离职了么?
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  • 征程思远
    征程思远 2017年09月30日 10:12:39 11楼
    谢谢楼主分析分享!!!
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评论 请使用文明语言进行专业交流,恶意灌水将受到惩罚

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