江文科

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東廣州 510000）

近年來(lái)，無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)地下室頂板發(fā)生了多起倒塌事故，引起了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)人士的廣泛關(guān)注。地下室頂板荷載情況多較為復(fù)雜，園林樹(shù)木，景觀假山，覆土變化等荷載等較難真實(shí)的反映在計(jì)算模型中，導(dǎo)致計(jì)算模型與實(shí)際使用情況有一定的出入，另外，施工過(guò)程中的施工堆載，重型車輛的行駛更是難以預(yù)見(jiàn)，給無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)安全造成較大的威脅。但為何相同條件下，梁板結(jié)構(gòu)卻很少出現(xiàn)倒塌事故？筆者認(rèn)為這必然有其設(shè)計(jì)不盡合理的原因，尤其是常用的錐形柱帽（單傾角柱帽）的一些實(shí)際工程常規(guī)做法，個(gè)人認(rèn)為其難以達(dá)到設(shè)計(jì)的承載力要求，下面我將就人民防空地下室無(wú)梁樓蓋頂板采用錐形柱帽與托板柱帽的做法進(jìn)行對(duì)比分析，了解目前錐形柱帽的一些常規(guī)做法及其不合理性，并給出解決這些問(wèn)題的辦法。

1 錐形柱帽與托板柱帽的對(duì)比分析

假設(shè)某人民防空地下室柱跨8000mm，柱截面均為600mm×600mm，無(wú)梁樓蓋板厚300mm，錐形柱帽和托板柱帽均為3000mm×3000mm×500mm，頂板等效靜荷載標(biāo)準(zhǔn)值為55kN/m3，恒載標(biāo)準(zhǔn)值為2kN/m2（不含結(jié)構(gòu)自重），活載標(biāo)準(zhǔn)值為4kN/m2，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼筋等級(jí)為HRB400，某結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算得出柱帽施工圖分別如圖1~圖2所示。

圖1 錐形柱帽施工

圖2 托板柱帽施工

從表1得出，錐形柱帽混凝土含量較托板柱帽減少了約60%，鋼筋含量較托板柱帽減少了約63%，其混凝土含量及鋼筋含量均大幅小于托板柱帽。

表1 材料用量對(duì)比

下面我們從兩者的柱邊剖面B-B，及柱帽頂部（樓板底部）剖面C-C進(jìn)行分析。

由圖3、圖4可知，柱邊B-B剖面中，錐形柱帽底部鋼筋數(shù)量極少，柱帽混凝土由少量的放射筋及箍筋約束。而托板柱帽混凝土由較密的鋼筋網(wǎng)將混凝土約束。

圖3 錐形柱帽B-B剖面

圖4 托板柱帽B-B剖面

由圖5、圖6可知，柱帽頂部C-C剖面中，錐形柱帽通過(guò)4根直徑22鋼筋與頂板連接，兩者連接相當(dāng)薄弱，尤其在施工過(guò)程中，往往先澆筑柱及柱帽部分混凝土至樓板底，然后再澆筑樓板，因此形成的施工冷縫令柱帽與樓板的連接更差。而托板柱帽與頂板由密布鋼筋連接，有效地將柱帽與頂板連接成整體。

圖5 錐形柱帽C-C剖面

圖6 托板柱帽C-C剖面

某結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件抗沖切驗(yàn)算結(jié)果對(duì)比如下：

由圖7、圖8可知，錐形柱帽的受沖切承載力與托板柱帽基本相同。

圖7 錐形柱帽抗沖切驗(yàn)算結(jié)果

圖8 托板柱帽抗沖切驗(yàn)算結(jié)果

通過(guò)上述某結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)錐形柱帽相對(duì)于托板柱帽，有混凝土含量少、鋼筋含量少、柱帽與樓板連接薄弱，受沖切承載力相同等特點(diǎn)。對(duì)于無(wú)梁樓蓋而言，柱帽的受沖切承載力非常關(guān)鍵，尤其在不設(shè)置受沖切鋼筋的情形下，混凝土受沖切承載力的可靠性必須得到保證，因此，柱帽混凝土應(yīng)有足夠數(shù)量鋼筋的約束，否則就如同少筋混凝土一樣，容易開(kāi)裂失效。

2 錐形柱帽的做法分析

通過(guò)上面的分析對(duì)比，相對(duì)于托板柱帽而言，錐形柱帽更容易出現(xiàn)承載力不足的問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，首先應(yīng)增加柱帽底部放射鋼筋的數(shù)量，以滿足“柱帽最小配筋率”的構(gòu)造要求。目前很多人民防空地下室的實(shí)際工程中，錐形柱帽的配筋大都沒(méi)有“柱帽最小配筋率”這個(gè)概念，從而導(dǎo)致某些工程項(xiàng)目錐形柱帽的放射鋼筋數(shù)量很少（常見(jiàn)的是8條直徑10mm的放射鋼筋），給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的安全隱患。而很多的設(shè)計(jì)人員認(rèn)為，柱帽底部為受壓區(qū)，對(duì)鋼筋的數(shù)量沒(méi)有要求，這是不正確的，根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50038—2005）》第4.11.9條：

4.11.9 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，宜在受壓區(qū)配置構(gòu)造鋼筋，構(gòu)造鋼筋面積不宜小于受拉鋼筋的最小配筋率；在連續(xù)梁支座和框架節(jié)點(diǎn)處，且不宜小于受拉主筋面積的1/3。

從上述條文可以看出，對(duì)于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，其受壓區(qū)也必須配置足夠的構(gòu)造鋼筋，這個(gè)條文的要求分了兩點(diǎn)：①對(duì)所有的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件作了最小配筋率的要求；②對(duì)于連續(xù)梁及框架節(jié)點(diǎn)處，除了宜滿足最小配筋率要求外，尚宜根據(jù)其實(shí)際配置受拉鋼筋數(shù)量的1/3配置受壓區(qū)的構(gòu)造鋼筋。柱帽顯然屬于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，柱帽底部則屬于受壓區(qū)，所以，柱帽底部的配筋必須滿足上述條文的規(guī)定。

根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50038—2005）》第D.3.1條：

D.3.1無(wú)梁樓蓋的板內(nèi)縱向受力鋼筋的配筋率不應(yīng)小于0.3%和0.45ftd/fyd中的較大值。

從上述條文可以看出，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)小于C50，且鋼筋強(qiáng)度等級(jí)為HRB400時(shí)，柱帽底部最小配筋率不宜小于0.3%。

托板柱帽因其是等截面構(gòu)件，可直接由配筋率乘以其截面尺寸得出所需的鋼筋數(shù)量，而錐形柱帽是變截面構(gòu)件，筆者認(rèn)為可以按其平均截面高度來(lái)確定其截面尺寸，如下圖9中的錐形柱帽柱根處高度為500mm，平均截面高度則為500/2＝250mm，最小配筋率為0.3%，得每沿米配筋為250×1000×0.3%＝750mm2/m，錐帽高為250mm處對(duì)應(yīng)的柱帽寬度為1800mm，則柱帽底部配筋應(yīng)為750×1.8＝1350mm2，圖9中實(shí)配鋼筋為7根16mm鋼筋，則7×201=1470mm2>1350mm2，配筋滿足“柱帽最小配筋率”要求。

圖9 錐形柱帽設(shè)置放射鋼筋

需要注意的是，應(yīng)根據(jù)柱的截面尺寸來(lái)選擇適當(dāng)?shù)姆派滗摻顢?shù)量，放射鋼筋數(shù)量越多，在柱范圍交集的鋼筋就會(huì)越密，過(guò)密則會(huì)影響柱的混凝土澆筑質(zhì)量，所以首先應(yīng)控制柱范圍鋼筋的疏密程度，在此基礎(chǔ)上再對(duì)放射鋼筋的直徑進(jìn)行選擇，最終滿足“柱帽最小配筋率”的構(gòu)造要求。

除此以外，也要考慮錐形柱帽的“箍筋”對(duì)放射鋼筋的約束能力。柱帽范圍類似于加腋框架梁的支座箍筋加密區(qū)，在圖9中，對(duì)于大尺寸的柱帽而言，外圍一圈直徑10mm間距100mm的環(huán)箍對(duì)放射鋼筋的約束能力無(wú)疑是相當(dāng)薄弱的，增大環(huán)箍直徑及肢數(shù)可以提高環(huán)箍對(duì)放射鋼筋的約束能力，但由于尺寸過(guò)大的問(wèn)題，增加的環(huán)箍長(zhǎng)度大，經(jīng)濟(jì)性差，同時(shí)施工也較不方便，個(gè)人認(rèn)為可以在錐帽范圍設(shè)置適量的拉結(jié)筋，由拉結(jié)筋來(lái)增強(qiáng)對(duì)放射鋼筋的約束。另外，在柱邊沖切錐線范圍的拉結(jié)筋，對(duì)提高柱邊受沖切承載力也有幫助，做法如圖10所示。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)增加錐形柱帽底部放射鋼筋的數(shù)量，使其滿足“柱帽配筋率”構(gòu)造要求，同時(shí)在錐帽范圍設(shè)置適量的拉結(jié)筋，以增強(qiáng)對(duì)放射鋼筋的約束，通過(guò)這兩項(xiàng)措施可以有效的保證柱帽受壓區(qū)承載力的可靠性，增強(qiáng)錐形柱帽與樓板的連接，同時(shí)提高柱邊受沖切承載力。

圖10 錐形柱帽設(shè)置拉結(jié)筋