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摘要：由于无梁楼盖结构存在着高度较小，结构简单，整体性好诸多好处和优点，基于其多方面的优越性能使得这类结构在各类民用建筑目前获得越来越广泛的应用。本文首先分析了无梁顶板结构的优点，其次对无梁底板结构设计的相关内容进行了详细的介绍。无梁楼盖是一种直接支持钢筋混凝土双向受力的结构柱，但由于板带横向的刚度，因此只适用于抗震设计防烈度较低的建筑物。无梁结构是由地板与立柱共同构成的屋顶柱结构体系，楼面荷载直接通过屋顶到立柱和立柱底座，大大缩短了动力传递路径，增加了建筑面积，节约了建筑模板，但容易导致板材冲切破坏现象。在的施工中，通常只需要对抗震结构的要求进行综合考虑，无梁底盖可以更好地适用于结构，特别是屋盖结构。
关键词：无梁楼盖建筑设计
无梁楼盖结构直接将板支承在柱上，与梁板结构相比，其具有构造高度相对较小，有效空间相对增加，施工方便等优点，且有利于采光、通风等特点，故无梁楼盖结构得到越来越多的应用。随着新技术、新工艺日新月异的变化，在传统的平板无梁楼盖和带柱帽的无梁楼盖基础之上，现在又出现了诸如密肋板无梁楼盖、预应力无梁楼盖、预应力空心板无梁楼盖等各种新型的无梁楼盖结构形式。文中以传统的带柱帽的无梁楼盖为研究对象，通过查阅大量文献，对无梁楼盖设计的相关问题进行了分析和研究。与梁板结构相比，无梁楼盖结构直接将板支撑于柱子上，只在边缘设置梁或墙，其设置参数的选择有其自身的要求；其荷载直接由板传递给柱，受力形式较为复杂；目前关于无梁楼盖结构的设计方法和理论相对较少，还不够成熟。以上三点问题正是目前无梁楼盖结构设计中的关键问题。
一、无梁楼盖结构特点
无梁楼盖结构体系属于板柱双向受力体系，无梁楼板为四点支承，属于双向受力构件。通过文献资料表明，楼板在发生开裂前属于弹性状态，随着荷载不断加大，裂缝率先在柱帽顶部出现，进一步横向延伸，当裂缝延伸至板跨中时，成批的板底裂缝开始出现，最终在柱帽顶部、柱列轴线的跨中板底、板顶产生较多裂缝，与此同时，钢筋达到受拉屈服，而混凝土同时达到极限压应变，在这样的条件下，楼板发生了严重破坏。采用无梁楼盖结构体系，能够减少控制项目的埋深，而且从使用功能角度来看，能够有效增加的使用面积，节约供电与通风设备的长期投入。从结构成本角度来讲，能够降低基坑支护成本，降低基坑的开挖工作量，节约竖向构件的材料使用。无梁楼盖结构体系凭借上述特点，广泛运用于项目，并且无梁楼盖具有普通结构体系不同的特点，因此设计人员应当重视该体系的结构设计。
二、无梁楼盖计算方法
1.经验系数法
即传统的无梁楼盖的设计方法，因是最方便的实用计算方法，因而广为采用，但经验系数法有较为严格的适用条件:
（1）无梁楼盖的跨度在每个方向都不应少于三个连续跨，通常采用的跨度为4m～6m；
（2）同一方向的最大跨度(即柱距)与最小跨度之比应不大于1.2，且两端跨度不大于相应内跨；
（3）任一区格内的长跨与短跨之比不大于1.5；
（4）活荷载不大于恒载的3倍；
（5）为了保证无梁楼盖不承受水平荷载(如风力、地震力)，在楼(屋)盖的结构体系中应具有抗侧力支撑或剪力墙。计算无梁楼盖时，只考虑全部均布的恒活荷载，而不考虑活荷载的不利分布。等代框架法和精确计算法都是沿用弹性理论的计算方法，由于计算机的应用，两种方法可分别通过PKPM软件中的TAT模块和SATWE模块进行，这两种方法均取消传统经验系数的计算假定，扩大了无梁楼盖结构体系的应用范围，但TAT模块和SATWE模块对无梁楼盖在三维计算中的处理是不同的，现分别介绍如下。
2.等代框架法
在TAT软件中，由于无梁楼盖结构中没有梁，一般要将板简化为双向等代框架梁进行计算，因此，在用PMCAD对无梁楼盖进行人机交互建模时，首先应确定等代框架梁的刚度，即确定等代框架梁的宽、高。如按常规做法，按柱距的1/2板宽作为等代框架梁的宽、高，则计算误差较大，故应将无梁楼盖平板分别按纵、横方向划分为沿纵向与横向梁组成的交叉梁系，与柱子形成空间框架。利用TAT软件进行结构计算及配筋，应用等代框架法需注意以下几个问题:
（1）肋梁的划分是关键，在程序容量允许的前提下，肋梁划分的网格越小，计算结果越合理；但也不宜过多，否则会增大直接与柱相连的板带的弯矩，内力集中现象突出，尤其是柱上板带的支座截面，如普通柱距(6m～9m)，划分为4个～6个网格，内力计算较为合理。
（2）梁宽可取网格的宽度，梁高可取板厚，为避免重复计算，等代梁的自重不宜采用程序自动计算。
（3）进行网格划分时，应尽量将柱距划分为偶数个网格，从而保证跨中为等代梁集中荷载的作用点，否则，计算所得内力偏小，不安全。
（4）由于整层楼面都是用等代梁代替平板，故在计算过程中，边梁也是按等代梁(宽同1/2网格，高由板厚)输入，与实际工程不符，且边梁截面的大小对边跨的内力影响较大，故边跨设计对应考虑在边跨跨中及第一支座内适当加大配筋。
（5）柱上板带支座截面的配筋应与其弯矩分布一致，并在柱及每边各1.0mm～2.0mm板厚范围内集中配置，其配筋量不宜少于柱上板带配筋总量的1/2。同时，非集中配筋区域内的配筋率不宜小于跨中板带。
（6）跨中板带的配筋采用计算所得结果均匀布置即可。
3.精确计算法
即对无梁楼盖不再进行人为地简化和等代，而直接在PM-CAD交互式输入系统中按平板输入，而后按SATWE软件进行计算，由于SATWE软件具有考虑弹性变形的功能，可以采用弹性楼板单元较为真实地模拟楼板的刚度和计算变形。因此，强烈推荐采用SATWE进行无梁楼盖结构计算，计算过程需注意以下事项:
（1）在PMCAD人机交互式输入时，在柱与柱之间的位置上布置截面尺寸为100mm×100mm矩形截面虚梁。设置虚梁的目的有两个:a.为了SATWE软件在PMCAD的前处理过程中能够自动读取楼板的边界信息；b.为了辅助弹性楼板单元的正确划分。
（2）为了正确分析该结构，在SATWE程序中还应将无梁楼盖的楼板定义为弹性楼板。
（3）用SATWE软件对结构进行整体三维计算分析后，还需用SATWE程序中附带的厚板分析程序SLabCAD对无梁楼盖进行进一步的分析，厚板分析程序可以处理均布面荷载和均布线荷载作用下的楼板内力计算和配筋，并能对柱帽做抗冲切验算，但目前此程序还不能按PMCAD或PK软件出施工图。
4.无梁楼盖体系内力计算
无梁楼盖结构体系设计可根据弹性理论来分析计算，也可根据塑性理论进行分析计算，目前常用的设计方法包括:经验系数计算法、等代框架计算法、精确计算法等。
（1）经验系数计算法
该法常常适用于较为规则的等代框架建筑，采用经验系数法时，建筑物必须符合下列条件:第一，无梁楼盖结构纵、横方向均超过连续三跨；第二，任区格内的长跨与短跨之比不小于1．5；第三，相同方向的最大与最小跨度比值应当小于1．2，且两端跨度不应大于内跨；第四，活荷载不应大于3倍的恒荷载设计值；第五，为确保无梁楼盖低于水平荷载，在无梁楼盖结构体系中应确保有剪力与抗侧力支撑。经验系数计算法是基于薄板弹性理论，得出柱上与跨中板带在跨中截面、支座截面的弯矩系数，根据经验系数法从而给出无梁楼盖内力数值，最终总结其纵、横向板的总弯矩，根据其弯矩分配系数，从而计算各截面弯矩数值。
（2）等代框架计算法
等代框架计算法主要是将整个建筑结构沿横、纵划分为纵向与横向等代框架，均不同于普通框架柱，普通框架梁柱均能够传递内力包括弯矩、轴力等，然而在等代框架体系中，在竖向荷载条件下，等代框架梁宽度取值方向与梁跨呈垂直方向，其数值都均大于柱宽，仅一小部分竖向荷载靠柱子直接传递，其余荷载都通过扭矩来进行传递，所以无梁楼盖体系中代框架柱包括柱帽以及两侧扭臂等，在设计过程中其刚度都应当充分等代柱的受弯刚度与扭臂受扭刚度。等代框架梁的尺寸取值、高度与板相等，在水平荷载作用下等代框架梁的宽度取1/2板跨中心线间距离，同时在竖向荷载下取与梁跨度垂直方向的板跨中心线间的距离，等代框架柱截面往往取柱的截面尺寸，而柱的实际计算高度，则取层高，扣除柱帽的高度，如果仅有竖向荷载情况下，框架可根据分层法来简化柱截面计算，并根据框架内力计算得出柱内力与梁内力数值，乘以相应分配比值，便可计算等代框架梁中各截面弯矩数值。
（3）精确计算法
该法主要对无梁楼盖结构体系来讲并不是仅仅等代与简化，同时根据无梁楼盖体系的跨中板带、柱上板带以及柱帽尺寸，采用有限元法来把无梁楼盖分割为若干个单元，并用单元有限元法进行计算，在求解过程中可借助PKPM、SAP2000、GEN以及MIDAS等有限元软件。本文以PKPM软件为例，主要阐述有限元计算方法：第一，在建模过程中需要科学处理，通过PMCAD模块，在人机交互输入过程中，在柱间位置上布置尺寸为100mm×100mm矩形截面的暗梁，(在开洞处与边界处最好设置实梁)，从而便于在SATWE软件在数据处理过程中能精确获取现浇板的边界消息。第二，借助整体三维模式计算无梁楼盖内力，在PKPM软件中SATWE模块具有考虑楼板弹性变形的过程，并以弹性楼板单元作为模拟楼板来计算刚度与变形，在SATWE软件中将其无梁楼盖中的楼板设置为弹性楼板。第三，在进行三维计算分析过程中，需借助SATWE程序中自带厚板分析程序来进一步分析无梁楼盖，在均布面荷载与线荷载条件下来对楼板内力与配筋计算。
5.无梁楼盖结构体系的冲切计算
在集中反力与局部荷载的作用下，弯起钢筋与小配置箍筋的板受冲切承载力应符合《混凝上结构设计规范》中关于第6.5.1的规范要求，当受冲计算能符合《混凝上结构设计规范》关于板厚限制要求，同时需要配置弯起钢筋或箍筋，除此以外，受冲切承载力与受冲切截面应当符合《混凝上结构设计规范》的相关规范要求。在局部荷载与集中反力作用下配置箍筋与弯起钢筋的楼盖，其抗冲切与配置箍筋应当符合《混凝土结构设计规范》有关要求，当楼盖单跨度超过6m，或相邻板跨相差过大时，按静荷载与等效静载共同作用条件下来计算其冲切荷载，应乘以放大系数来作为该单元的冲切荷载设计数值，当无梁楼盖的长短跨之比大于4/3时，应布置箍筋。
三、无梁楼盖结构体系构造要求
1.楼板配筋应选用双向配筋支座来承受负弯矩的钢筋，并且选用大于直径12mm钢筋，同时对无梁楼板应当充分考虑其抗震作用，板面应根据其抗震要求，其配筋率应高于25%。
2.无梁楼盖结构体系的抗震设计要求:①房屋的楼梯、周边以及电梯洞口应布置框架梁。②当抗震烈度大于等于8度时，应当选用柱帽或托板的板柱节点。③在地震条件下，板柱结构根据平面等代框架分析时，其等代梁的宽度宜采用平面等代框架垂直方向柱距的1/2。④地下层顶板与屋盖宜选用梁板结构。⑤对于无柱帽平板应在柱上板中布置暗梁，而暗梁宽度可取柱两侧及柱宽大于1．5倍楼板厚度。暗梁支座的上部钢筋面积应大于1/2柱上板带钢筋面积，而暗梁的下部钢筋应当小于1/2上部钢筋。
3.对于无柱帽无梁楼盖结构体系，需布置弯起钢筋与抗冲切箍筋，且符合其规范的要求。
4.结构设计要点
（1）确保无梁楼盖中的端跨设计
在项目设计和施工过程中，无论屋面结构形式如何，都必须确保跨度支撑力矩为最大值、假设地板只有通过经验系数法加载的竖向力.在结构设计中.一定要在整个悬板设计之上，以保证端跨轴承的平衡。在正常情况下，不设置悬臂板的力学模型，但在实际施工中，要确保墙体的承载力。这种类型的结构，以端部墙带为基础，可以实现弯矩传递，也可以起到相互的作用，这是无梁结构和普通建筑物无梁结构的最显著区别。因此，顶板无梁楼盖的设计，端跨设计应该是项目规划设计的重要内容。
（2）充分考虑多方面因素对整体结构的影响
在屋面结构设计过程中，应充分考虑对基础和墙体结构刚度的影响。通常情况下，如果地基刚度过小，极易引起端跨板的弯矩较大。因此，通过合理确定整体结构设计，可以稳定的平板结构。采用经验系数法无底板梁结构设计，由于理论端跨板与实际受力不符合，极易引起整体结构和实际不一致的情况。在无梁楼板结构设计的等效框架法中，需要综合考虑刚性基础，保证设计图纸的科学性和合理性。总之，在顶板的设计中，必须是刚性的无梁楼盖地下墙的基础作为一个整体，然后有效运用三个计算相关模型运算。此外，在结构设计过程中，也需要对侧向土压力、端跨和地基之间的联系充分考虑。
（3）对外墙采取特别设计
通常情况下，要考虑外墙与端承和转移屋顶，还有地基的内力。建筑结构的外墙在传递基础的内力，但也处理侧向土压力。因此，很大程度上受板的影响，固定力轴承的应力分布之间有一定的差异。为此，在的设计中，应根据工程的实际特点，选择科学合理的设计方案。例如：在的设计中，如果地基基础刚度很强，此时可以分配到墙体上。在结构设计中采用对称模型的平均弯矩，计算模型应遵循设计过程中的特点，但也需要充分了解柱帽、框架柱的墙体刚度，保证外部弯矩分布和楼板的合理性和一致性，在外墙设计中的钢筋必须嵌入到地板上。
四、结束语
总之，近年来建筑结构的新技术发展更迅速，与传统的梁结构体系相比，它具有良好的整体性能，建筑空间也比较大，有效地增加了楼层的建筑。所以接下来的屋顶，应尽可能采取无梁楼盖形式，这样不仅可以节约工程造价，又能加快施工进度，具有明显的经济效益和社会效益，值得广泛推广和应用，从而推动我国建筑业的发展。
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