无梁楼盖是由钢筋混凝土板和柱构成的楼盖结构体系。由于水平构件没有梁，无梁楼盖结构系统的抗侧刚度低，承受水平力作用的能力较差。而应用于地下结构时，楼盖系统基本不承受水平荷载，此时使用无梁楼盖安全度较高且具有明显的经济优势，因而近年来在地下室工程中广泛推广。

典型无梁楼盖

和框架结构的梁柱节点相比，无梁楼盖结构系统的板柱节点延性和抗力储备较低，特别是节点冲剪破坏具有脆性破坏特征，易触发结构系统的连续倒塌。

板柱结构与框架结构抗力-变形的对比

2.1韩国Sampoong百货大楼（1995年倒塌）

1995年韩国Sampoong百货大楼是无梁楼盖系统连续倒塌后果最严重的案例，共导致502人死亡937人受伤。

Sampoong百货大楼未倒塌之前结构平面及实景图

Sampoong百货大楼破坏现场照片

倒塌原因主要是在建造期间临时对设计图纸进行了大幅变更，包括:1）5层由原先设计的溜冰场改为餐厅，导致楼面重量增加了3倍，同时支撑4层、5层柱的直径却大幅减小；2）为给防火墙安装提供空间拆除了一些柱；3）有些柱和楼板之间尺寸太小甚至没有托板。

Sampoong百货大楼破坏现场照片

该建筑物的破坏过程如下:首先顶层楼板超载导致其中一个柱端节点发生冲剪破坏；然后楼面发生大变形并导致荷载重分布引发周边板柱节点的冲剪破坏；最后楼板产生大变形和更多柱相继失效导致了除两侧电梯间外整个结构系统的连续倒塌。

Sampoong百货大楼连续倒塌传播示意图

由此可见，节点脆性破坏使无梁楼盖结构连续倒塌易损性显著大于以延性破坏为主的框架结构。施工时应注意如下问题：板柱节点混凝土较厚，施工时如果不做特殊要求，很容易出现二次浇筑的情况，即楼板与柱帽不同时浇筑，有水平施工缝或叠合面，造成局部薄弱区。

2.2英国Piper’s Row停车场（1997年倒塌）

事故原因：由于建筑材料的质量低、采用连续性不足的升降板法施工建造，引起单个板柱节点冲剪破坏，继而引起后续8个周边板柱区域发生冲剪破坏，最终导致整个板面掉下，发生典型的无梁楼盖结构系统连续倒塌事故。

英国Piper’s Row停车场

2.3美国Skyline Plaza购物中心（1973年倒塌）

事故原因：在混凝土强度较低时，过早移除了支撑，导致23层的多个板柱节点发生初始冲剪破坏，进而使周围区域的节点过度承载，同时23层的建筑碎片掉落，导致22层超载，进而引发建筑物连续倒塌。

典型无梁楼盖

2.4瑞士Gretzenbach地下车库（2004年倒塌）

事故原因：由于火灾导致板柱节点发生冲剪破坏，随即破坏扩散，导致结构连续倒塌。另外，该建筑还存在实际荷载远大于设计荷载、板厚度偏小、配筋率偏高、板内没有配横向钢筋等问题，严重降低了结构的变形能力。

Gretzenbach地下车库

2.5佛山某地下车库（2014年倒塌）

2014年佛山某工程工地挖掘机在中心花园局部区域施工作业过程中，地下室发生倒塌。总倒塌面积约1200m2，其中部分结构塌落至地下室底板，部分区域塌陷至地下一层。

佛山市某地下车库结构剖面图

事故原因：从设计角度，覆土的高度要求为不超过1.6m，在实际施工过程中地下室顶板上的覆土平均高度达2.5m，最高处远大于设计限定的覆土高度，因此覆土的高度严重超出了设计范围。地下室顶板沿塔楼外围设置一道环形暗梁区域，从破坏的分布情况看，该暗梁区域将塔楼主体结构与坍塌区域隔离开。

环形暗梁示意

佛山某地下车库破坏现场

2.6济南市某地下室（2018年局部倒塌）

本项目地下室共两层，均采用无梁楼盖，地下二层按照六级人防设计。

事故原因：框架柱局部混凝土不密实降低了基础抗冲切性，同时车库顶板局部覆土超出原设计要求，增大了作用在基础上的荷载导致。

济南市某地下室无梁楼盖破坏

2.7中山市某地下车库（2018年坍塌）

2018年11月中山市某在建地下室顶板发生局部坍塌事故，导致地下室顶板无梁楼盖局部坍塌，坍塌面积约2000m2。

中山市某地下车库破坏

事故原因：设计安全储备不足对施工荷载不利工况考虑不足防连续倒塌措施不强覆土施工超载导致托板与顶板交界处发生冲切破坏。

造成坍塌的具体因素为：1）设计荷载分项系数、构件尺寸不符合相关规定；2）坍塌地下室顶板的柱上板带抗弯以及顶板抗冲切不满足承载力要求。

2.8北京市某地下室（2014年以前坍塌）

事故原因：北京市某地下室无梁楼盖施工回填设计覆土厚度为1.4 m，但实际施工造成局部区域覆土厚度超过2.5 m，这部分区域（下图中的阴影部分）顶板沿柱帽边缘下沉100~220 mm，覆土1.4 m厚区域下挠30~40 mm，变形偏大。

结构平面图

2.9北京石景山区某地下车库（2017年坍塌）

2017年8月北京市石景山区某地下车库项目，现场施工人员在使用铲车进行地库顶板覆土施工时，该地库地下一层东北侧顶板发生垮塌。

事故调查主要结论：地下一层顶板部分板柱节点处抗冲剪承载力不满足设计规范要求，是该起质量问题发生的直接原因；间接原因为独立车库设计优化时对钢筋用量进行了限额设计。

北京石景山区某地下车库的破坏

国外连续倒塌事故的共性：

1）野蛮施工，管理混乱；2）过早拆模，强度不足；3）变更设计导致顶板严重超载。

我国系列地下车库连续倒塌事故的共性:

1）施工人员缺少最基本的结构承载力概念，野蛮施工，地面堆土超高导致顶板严重超载，导致实际荷载超设计承载力2~3倍；2）无梁楼盖结构存在节点脆性冲剪破坏和结构系统传力路径单一等特点，往往一个节点区域的超载破坏即可引发大面积的结构倒塌，产生严重的后果；3）设计的板柱节点抗冲剪承载力不满足设计规范要求。

4.1板柱节点性能

板柱节点脆性冲剪破坏引起的结构系统内力重分布是导致整个系统连续倒塌的关键，因此研究人员针对节点抗冲剪性能开展了大量研究。但是目前节点试验尚存在以下不足，使得基于既有试验数据建立的理论计算方法可能存在适用性问题：

(1) 针对缩尺试件，试件板厚与实际工程中的楼板板厚和基础厚度相差较大，试验表明，当板有效厚度较大时，部分试件实测承载力小于计算承载力。

(2) 重剪比是影响板柱节点抗侧移能力和延性的主要因素，研究表明，我国规范（GB 50010-2010）中对同时承受竖向剪力和不平衡弯矩的中柱节点承载力的预测不够准确，且在重剪比介于0.3~0.6之间时不安全，高估了节点的不平衡弯矩承载力。

(3) 板柱节点性能研究大多针对节点纯剪破坏，对剪力和不平衡弯矩共同作用的节点受力和破坏机制认识不足。不平衡弯矩的参与使得节点冲切破坏锥呈明显不对称偏载一侧冲切破坏锥面相比而言更为陡峭。

偏载下板柱结构中柱节点破坏（易伟建等）

(4) 现有大多数研究是针对板柱节点冲剪破坏的，对冲剪破坏后节点的受力机理和承载力变化规律认识不足。

(5) 大部分试验研究将楼板简支在支座上，没有考虑实际周边楼板对节点面内约束的影响。节点冲剪承载力提高的幅度随着边界约束的增强而增加。

框梁约束

4.2板柱节点规范抗冲剪计算方法

对于除基础研究存在节点抗冲剪承载力计算方法的不足外，现有的规范设计方法也存在一些争议：

(1) 楼板纵向钢筋对节点承载力的贡献机理和计算方法不明确，各国规范对此也不统一。英国规范BS 8110-1-97和欧洲规范EN 1992-1-1-04、德国规范DIN 1045-1-01中板柱节点的抗剪计算考虑了配筋率影响，但是美国规范 ACI 318-14、加拿大规范CSA-A23.3-04、澳洲规范AS 3600-18中板柱节点的抗剪计算仅考虑混凝土贡献。

节点冲剪破坏面不明确。由于不同规范对冲剪破坏面范围有不同的假定，因此冲剪破坏椎体与水平面夹角也存在差异，我国规范GB 50010-2010、美国规范ACI 318-14和加拿大规范CSA-A23.3-04假定为45◦,欧洲规范EN 1992-1-1-04假定为26◦。

4.3板柱节点加强措施

加强节点构造措施包括设置抗剪钢筋、抗剪栓钉及后张预应力钢筋等。本课题组也通过面内约束向上冲剪的系列节点试验分析了在标准件（UPS-1)基础上沿轴线设置暗梁（UPS-S1）、冲剪区配箍筋（UPS-S2）、冲剪区布置环梁（UPS-S3）三种加强措施对冲剪破坏前后节点受力的影响。从增强效果上，设置暗梁最好，冲剪区配箍筋次之，冲剪区布置环梁最差。

不同加强措施下无梁楼盖板柱节点破坏模式

不同加强措施下无梁楼盖板柱节点承载力-位移曲线

（Fp为冲剪破坏处承载力）

4.4子结构系统抗连续倒塌性能

在子结构承载力计算方面，现有研究主要通过屈服线理论对子结构在移除不同柱情况下的倒塌抗力进行计算。由于屈服线理论仅能考虑楼板受弯承载力贡献、无法考虑楼板的拉压膜作用，因此对移除边柱和中柱的工况，无梁楼盖结构承载力的理论计算值小于试验值，而移除角柱时结构承载力的理论计算值接近试验值。

板柱节点的两种冲剪破坏模式

(1) 防脱落验算

从目前的事故情况看，如果地下室多层都是无梁楼盖，其破坏往往是多层连续破坏。建议对此类地下室进行防脱落验算，增加穿柱钢筋数量。

(2) 不平衡弯矩的影响

不平衡弯矩的存在使得节点附近区域剪应力分布不均匀，节点的抗冲剪承载力降低，更加容易发生偏心冲剪失效。从出现的倒塌事故看，佛山、济南等市的工程都是施工过程中出现的问题，比如施工车辆、堆土施工不均匀等。

(3) 国内规范冲切公式变化

考虑混凝土材料强度等变化，以规范GB 50010-2002为基准，以中柱为例ꎬ对应的混凝土虑抗剪的强度折减系数见表1。从强度折减系数看，规范TJ 10-74、规范GBJ 10-89、规范GB 50010-2002中抗冲切的安全系数依次降低，板柱节点冲剪承载力储备降低。

(1) 不平衡弯矩引起的等效集中反力不能忽视，设计时需仔细核对。

(2) 采取加强措施来防止无梁楼盖连续倒塌。

(3) 进行大尺寸无梁楼盖柱帽冲剪试验。

(4) 适当增加无梁楼盖抗冲剪承载力储备。

(5) 在设计中提高结构连续性，考虑在结构局部破坏后改变荷载路径：比如剪力墙、框梁等。

地下室进行防脱落验算，增加穿柱钢筋数量，结构设计时应同时考虑防连续倒塌的构造措施。

更多详情参见《转自：建筑结构-公众号》2020年12期《地下室无梁楼盖抗倒塌设计思考》（DOI:10.19701/j.jzjg.2020.14.001)，作者：孙海林，杨友喆，李易，孙庆唐；单位：中国建筑设计研究院有限公司，北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室。