地下室车库顶板常用结构形式经济指标比较和分析

地下室车库顶板常用结构形式经济指标比较和分析郑红华1,2魏利金1崔婧2沈贺宁2（1SUNLAY三磊设计北京100048；2EDRI十一科技北京建筑分院北京100039）[摘要]本文以实际工程为例，结合几种常用地下室顶板结构形式的计算设计，给出用于工程实际的施工图纸，计算这几种结构形式下的结构混凝土用量和用钢量，经过比较分析，给出每种结构形式下的技术优势和结构成本优势分析；并对各结构选型，提出一些需要注意的问题以及可以探讨的技术措施，用以改进该结构选型下的经济优势。为避免误导读者得出以偏概全的结论，作者同时给出另一荷载和柱跨条件下相同结构选型的施工图设计以及混凝土用量和用钢量统计，通过对在不同荷载和柱跨条件下会得出不同结论的原因进行简要分析，提出需要考虑的一些影响地下室结构顶板混凝土用量和用钢量的外部条件因素，以供同行设计师在设计时和工程投资方在成本控制时综合考虑这些因素，以便最终选取经济合理的地下室顶板结构形式。[关键词]地下室、顶板结构形式、措施、混凝土用量、用钢量、中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：1002-848(X)S1-0006-08[摘要]本文以实际工程为例，结合几种常用地下室顶板结构形式的计算设计，给出用于工程实际的施工图纸，计算这几种结构形式下的结构混凝土用量和用钢量，经过比较分析，给出每种结构形式下的技术优势和结构成本优势分析；并对各结构选型，提出一些需要注意的问题以及可以探讨的技术措施，用以改进该结构选型下的经济优势。为避免误导读者得出以偏概全的结论，作者同时给出另一荷载和柱跨条件下相同结构选型的施工图设计以及混凝土用量和用钢量统计，通过对在不同荷载和柱跨条件下会得出不同结论的原因进行简要分析，提出需要考虑的一些影响地下室结构顶板混凝土用量和用钢量的外部条件因素，以供同行设计师在设计时和工程投资方在成本控制时综合考虑这些因素，以便最终选取经济合理的地下室顶板结构形式。0概述当前的建设工程，由于大量的停车要求，地下部分面积在整个工程建设中的占比越来越大。地下室顶板覆土较厚，多数还要考虑消防车荷载，地下室结构的成本和造价往往较高，对工程投资所占比重就较大。由于地下室顶板，多数还有嵌固端的要求，梁板结构仍是目前采用较多的地下室顶板结构形式。在常用的几种梁板结构形式里，何种结构形式布局更合理，更经济，以及哪些因素将会影响这些结构形式的经济合理性，都将成为地下室顶板结构选型的关键。本文以某实际工程条件为例，对地下室顶板常用的主梁+十字次梁（下文简称：十字梁）、主梁+大板（下文简称：大板）、主梁+井字次梁（下文简称：井字梁）、主梁+单向次梁（下文简称：单向次梁）四种梁板结构形式，在相同覆土厚度并相应考虑消防车荷载条件下进行结构计算和施工图设计，统计施工图的混凝土用量和用钢量，经过比较分析，给出每种结构形式下的技术优势和结构成本优势分析；并对各结构选型，提出一些需要注意的问题以及可以探讨的技术措施，用以改进该结构选型下的经济优势。为避免误导读者得出以偏概全的结论，作者同时给出另一荷载和柱跨条件下两种结构选型的施工图设计以及混凝土用量和用钢量统计，通过对在不同荷载和柱跨条件下会得出不同结论的原因进行简要分析，提出需要考虑的一些影响地下室结构顶板混凝土用量和用钢量的外部条件因素，以供同行设计师在设计时和工程投资方在成本控制时综合考虑这些因素，以便最终选取经济合理的地下室顶板结构形式。1基本条件参数该工程地下车库基本轴网为8.4x8.4米，层高4.0米，地下室覆土厚度为2.0米，容重18kN/m³，地下水位较深，不考虑地下水影响。计算时，取为标准的7x7跨，按中心跨计算配筋和施工图设计。梁板柱混凝土等级均为C30，纵筋和箍筋等级均为Ⅲ级钢()。经过计算，柱子截面尺寸取为650mmx650mm，消防车荷载考虑板跨不同分别取值，并相应考虑覆土厚度因素进行折减，经折减后的梁板计算消防车荷载取值见“表1”。消防车荷载取值（kN/㎡）表1分类计算梁计算板十字梁18.421大板18.418.4井字梁18.423单向次梁18.420结构计算采用PKPMV2.1版本，PKPM计算时考虑梁柱节点处梁端简化为刚域和砼矩形梁转T型梁的有利影响，结构类型取框架结构，抗震等级取四级。施工图配筋时，梁板裂缝控制取为0.3，双向板采用塑性计算方法，β取1.6。2施工图设计：经计算，各模型取中间标准跨，用以施工图设计，各结构选型条件下的详细施工图配筋设计如下：注意2.1十字梁十字梁-梁施工图十字梁-板施工图2.2大板大板-梁施工图大板-板施工图2.3井字梁井字梁-梁施工图井字梁-板施工图2.4单向次梁单向次梁-梁施工图单向次梁-板施工图3混凝土量和用钢量指标统计经计算统计，各结构选型下的混凝土用量和用钢量统计见“混凝土用量和用钢量统计表表2”。混凝土用量和用钢量统计表表2分类混凝土(m³/㎡)用钢量(kg/㎡)十字梁0.414762.76大板0.441769.98井字梁0.437068.33单向次梁0.385563.494结果分析从以上统计结果，可以得出以下结论：4.1仅从混凝土用量和用钢量的数值来看，单向次梁混凝土用量最少，十字梁方案用钢量最少。4.2单向次梁时主梁高度为1200mm，比十字梁主梁1100mm高100mm。这将增加地下室的高度，特别在地下水位较高的情况下，将增加底板的受力，由于地下室层高的增加，也将增加地下外墙的配筋。4.3考虑施工便宜性和费用时，大板结构由于底部平坦，将会减少模板费用并可缩短工期，综合优势会有所上升。4.4从受力角度来说，十字梁支座钢筋和跨中钢筋相等，说明十字梁布置时，主梁的端部和跨中能比较均匀的达到最大承载力状态，也即能最大限度的发挥主梁沿全跨的受力优势。4.5在十字梁方案和井字梁方案下，虽然裂缝都是按0.3mm控制，但这两种结构选型下，裂缝和挠度相对较小，从耐久性角度考虑及防水角度考虑，更具有优势。4.6综合考虑以上因素，笔者认为，在该荷载和柱跨的条件下，十字梁方案是最具有优势的方案布置，应优先考虑。5适用性范围的对比分析5.1关于地下室顶板结构形式的经济合理选择，对于在上述条件下得出的结论是否具有普遍适用性，或者说上述结论是否可以简单的进行扩大化推广呢？带着这个问题，笔者就另外条件下进行了一组试算设计，该组试算仅考虑了最常用的十字梁和大板两种形式。在试算设计时取基本轴网为8.1x8.1米，层高4.0米，地下室覆土厚度1.5米，容重18kN/m³，地下水位较深，不考虑地下水影响。计算时，取为标准的7x7跨，按中心跨计算配筋和施工图设计。梁板柱混凝土等级均为C30，纵筋和箍筋等级均为Ⅲ级钢()。经过计算，柱子截面尺寸取为650mmx650mm，消防车荷载考虑板跨不同分别取值，并相应考虑覆土厚度因素进行折减，经折减后的梁板计算消防车荷载取值见“表3”。消防车荷载取值（kN/㎡）表3分类计算梁计算板十字梁2025大板2020PKPM计算各参数，与前述计算取为相同。5.2施工图设计：经计算，各模型取中间标准跨，用以施工图设计，各结构选型条件下的详细施工图配筋设计如下：5.2.1十字梁十字梁-梁施工图十字梁-板施工图5.2.2大板大板-梁施工图大板-板施工图5.3混凝土量和用钢量指标统计经计算，在8.1米柱网和1.5米覆土厚度的条件下，十字梁和大板结构选型下的混凝土用量和用钢量统计见下表“混凝土用量和用钢量统计表表4”。混凝土用量和用钢量统计表表4分类混凝土(m³/㎡)用钢量(kg/㎡)十字梁0.396759.3大板0.438354.35.4从上表可以看出，在该设计条件下，大板的混凝土用量比十字梁方案高出0.0416m³/㎡，但大板的钢筋却比十字梁的用钢量减少5.0kg/㎡，考虑到钢筋的材料价格和加工费用，同时，考虑大板施工时减少模板用量并能缩短工期等施工因素发现，在该条件下时，大板方案比十字梁方案更具优势。6可探讨问题及结论6.1本文在裂缝配筋时，选取的梁板裂缝控制取值均为0.3mm。对于大板方案，大板的施工图配筋是由裂缝控制的，且裂缝控制配筋比强度配筋偏大很多，接近2倍于强度配筋。程序的裂缝是参照混凝土规范的公式计算的，实际上混凝土的裂缝计算公式是否适合塑性板理论下的双向板计算，还有待探讨和商榷。如果将大板下将裂缝的控制限值由0.3改为0.4，或者不控制裂缝配筋，则大板的楼板配筋将显著降低，在此情况下，大板方案的优势更加明显。6.2经分析，井字梁方案在柱网较小时，不具有优势，当柱网增大时，井字梁方案的优势将会增加。这是因为，由于地下室顶板考虑了防水规范关于顶板混凝土板厚度不小于250mm的构造规定造成的。当为井字梁时，顶板厚度为250mm，顶板已是最小配筋率控制的构造配筋，实际造成顶板的混凝土未能充分发挥本身的最大承载力作用。关于这个问题，在某些工程中，也有设计师，参照密肋梁及抗震规范中关于梁较密时，顶板厚度可以适当减薄的相关规范条文，当为井字梁结构时，将顶板厚度减到150mm或200mm。对此，工程界尚未有统一认识，因此，往往需要施工图审查单位审图人员的认可，方可用于施工图设计。对此将带来一定的设计风险，还需注意控制。6.4近些年无梁楼盖、现浇空心楼盖、密肋楼盖，在地下室顶板结构中也有应用，具有较明显的综合经济效果，可以作为以上梁板结构类型的替选方案。关于密肋楼盖的相关经济和技术指标，请关注相关文献。7、结语如前文所述，不同的顶板结构形式的优势会随柱网、覆土厚度、消防车荷载、地下水位、双向板是弹性设计、塑性设计等外界条件发生改变而改变，并不具有普遍的适用性，不能将某一实际工程简单的进行扩大化推广。不能简单说某种顶板结构就一定是经济合理的，所有的经济合理性，一定是建立在某种确定的外界条件下，才是成立的。关于这点，在很多相关的文献中，对此并没有涉及和阐述。对此，作者提醒设计人员应引起重视，不要迷信于一些所谓的经验或文献，就简单的下定论，或理所当然的根据经验就选择了某种顶板形式，而是一定根据每个工程的实际情况，多做试算和比较后，再行确定。参考文献[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范中国建筑工业出版社2011[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范中国建筑工业出版社2010[3]GB50009-2012建筑结构荷载规范中国建筑工业出版社2012[4]魏利金建筑结构设计常遇问题及对策[M]1北京中国电力出版社2009.1[5]魏利金建筑结构施工图设计与审图常遇问题及对策[M]1北京中国电力出版社2011.6[6]徐传亮光军等.建筑结构设计优化及实例[M].北京：中国建筑工业出版社.2012，03[7]符润红等.地下室柱网布置对工程造价的影响[J].山西建筑,2009，（8），第35卷第24期，42-43.