李超
湖南省建筑设计院有限公司,长沙,410100
[摘 要]:无梁楼盖是一种对施工和使用非常友好的楼盖体系，经常应用于对净空、层高比较敏感的地下室楼板和多层商业、办公楼中，但是无梁楼盖的实际应用受到了规范、软件以及频繁发生的工程事故的影响，应用一度受到限制。本文介绍了一种在美国广泛应用的抗剪切栓钉，并比较了中美规范对于抗冲切验算的差异，在建筑劳务用工日趋紧张的大环境下，重新评价无梁楼盖的可靠性、经济性和适用性。
关键词：抗剪栓钉，无梁楼盖，抗冲切
正文
1、抗剪栓钉的定义与优势
ACI318-14规范关于剪力栓钉的依据来源于Shear Reinforcement for Slabs(ACI 421.1R). 根据该报告，剪力栓钉定义如下：
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图 3 剪力栓钉在板柱节点中的布置
根据该报告，剪力栓钉相比箍筋能提高混泥土的名义抗剪承载力，肢距和的上限值,且剪力栓钉能更好的控制裂缝，其原因包括：1、剪力栓钉杆体笔直而箍筋角部有弯弧,箍筋端部会因受拉提前达到屈服强度,内侧混凝土也会因此提前开裂2、栓钉的联系缀条加强了栓钉的整体性，箍筋只能在裂缝开展的中间区域发挥作用。
此外，相比箍筋以及其他形式的附加抗剪措施，抗剪栓钉与楼板钢筋不发生冲突，容易安装，抗剪栓钉以良好的受力性能和经济性在北美建筑市场获得了了充分的应用。
2、中美规范关于板柱节点抗冲切验算的比较
我国《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010（以下简称混规）第6.5条，非抗震设计时，在局部荷载或集中反力作用下，不配置箍筋或弯起钢筋的板的受冲切承载力应符合下列规定：
为形状影响系数，为截面高度影响系数，当有不平衡弯矩时，集中反力设计值应以等效荷载代替，根据条文说明，该部分内容参照了美国ACI318规范和我国的《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92—93的有关规定。实际项目中不平衡弯矩非常常见，规范才用等效荷载的概念容易使设计人员忽视不平衡弯矩。
配置箍筋、弯起钢筋时：
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《混规》考虑了混凝土本身的抗冲切承载力以及附加钢筋的作用，在混凝土构件截面一定的情况下，无论附加钢筋有多少，增加的抗冲切承载力有一个上限。比较以上公式可知，在充分配置箍筋和弯起钢筋的情况下，抗冲切承载力最多可以从0.7提高到，即增加0.7倍左右。节点域配置过多的钢筋可能导致混凝土浇捣不密实，从而影响其抗冲切承载力。
美国混凝土结构设计规范ACI318-14第18.14.5.1条规定如下：
1.时，需要配置附加抗剪钢筋，为关键截面重力荷载代表值（1.2D+1.0L+0.2S或 0.9D）剪应力，为混凝土名义抗剪切应力,，为折减系数，一般为0.75.
2.
,其中为为柱长宽比，
，为柱位置系数。d为楼板平均有效厚度，b0为关键冲切面周长，。
3.如果根据第1条需要配置抗冲切钢筋，
，且抗冲切钢筋从柱编向外延伸4倍板厚。
4.
为抗剪切钢筋面积，s为抗剪钢筋间距，
为钢筋抗剪承载力，
为关键抗剪切面周长。
5.如果采用大头抗剪栓钉：
6.,
ACI规范采用的为ASTM C39规范规定 28天养护龄期下，标准圆柱体应变为0.002时的标准抗压强度。ACI常用的混凝土标号4000Psi, 换算为国际单位即为27.6 MPa，相当于《混规》混凝土强度等级C30混凝土。以一个中间柱的板柱节点为例，假设中间柱截面为500mmx500mm方柱，板厚250mm，保护层厚度20mm，中美不同规范计算抗冲切承载力如下：
中美规范比较表
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比较中美规范，有以下主要区别：
1.计算作用时，《混规》采用等效反力作用进行设计，ACI规范公式直接采用应力进行设计，ACI概念更加明确，适用于给予有限分析结果的节点设计，不易忽略不平衡弯矩的影响。
2.计算抗力时，《混规》直接采用而ACI的公式采用，混规概念更加明确。
3.ACI规范考虑了整体位移角的不利影响，反应了裂缝开展程度对混凝土抗冲切的直接影响，ACI规范相比中国规范更加保守，整体位移角达到一定限制时，ACI规范为规定抗冲切钢筋最小应提供的得抗剪承载力应为，《混规》无明确规定。
4.ACI规范认为抗剪栓钉较一般的箍筋、弯起钢筋等形式有更强的抗剪承载力。《混规》则并无明确规定。
以冲切作用应力为横轴，抗冲切钢筋的面积为竖轴，仍以上述案例为例， ≈ 3 ，普通箍筋的情况下中美两国规范需要配置的抗冲切钢筋区别如下：
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由上图可知，中美规范较为接近，且中国规范在计算配筋时相对保守。
3、总结
中美两国规范对无梁楼盖抗冲切的承载力的规定基本一致,中国规范偏保守，但 ACI规范对不配置抗冲切钢筋情况的规定更加明确。
根据ACI规范，抗剪栓钉提供的最大抗冲切承载力较普通箍筋增加了约1.33倍，可以广泛用于柱筏冲切，板柱抗冲切，在不增加混凝土截面的情况下，获得较好的建筑使用空间和经济性。国内应用缺乏明确依据。
国内近一段时间无梁楼盖事故多发，设计应用、研究也受到很大限制，这并不代表无梁楼盖不能使用，湖南省建筑设计院新建的多层办公楼就采用了上柱帽形式的无梁楼盖体系，充分证明无梁楼盖经过精心设计、施工，仍然是一种有竞争力的结构形式。针对无梁楼盖近年来多发事故，有必要对无梁楼盖的设计、抗冲切验算等规范、图集进行一步修订和明确。
参考文献：
1.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010(2015年版),中华人民共和国国家标准，中国建筑工业出版社。
2.《Building Code Requirements for Structural Concrete》ACI 318-14,美国混凝土协会。
3.《Shear Reinforcement for Slabs》ACI 421.1R-99 美国混凝土协会、美国土木工程师协会ASCE联合委员会
4. 钢筋混凝土平板无梁楼盖抗冲切承载力研究，李博宇，西安建筑科技大学硕士学位论文 2013.05
5. 钢筋混凝土平板的抗冲切承载力的研究，王茹，湖南大学硕士学位论文 2013.05
6. 配置抗冲切钢筋的混凝土板柱连接的破裂形态与承载力分析，周朝阳《建筑结构学报》，第18卷第6期，1997年12月。
李超
一级注册结构工程师,硕士研究生