地下室樓蓋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性分析

黃海鑫

摘要：地下室設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的組成部分。地下室頂板結(jié)構(gòu)形式有多種，在保證結(jié)構(gòu)可靠性和使用性的前提下，還應(yīng)兼顧其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。.本文結(jié)合工程實(shí)際，針對(duì)工程地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作出多種不同布置形式的方案分析比較，以達(dá)到安全適用，經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)目的

關(guān)鍵詞：地下室結(jié)構(gòu)；經(jīng)濟(jì)性

1 工程概況

該工程由10棟單體建筑組成，采用現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。本工程總建筑面積約為 240000m2，其中，地上建筑面積約為 13.30000m2，2 層（局部 3 層）地下室建筑面積約為 10.70000m2。除 T1、T6 首層及地下 1 層和地下 2 層商業(yè)部分為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)（乙類(lèi)）之外，其余單體均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(lèi)（丙類(lèi)）。

結(jié)合商業(yè)規(guī)劃、建筑場(chǎng)地以及使用功能的要求，T1、T6 塔樓在首層與商業(yè)裙房不設(shè)置分隔縫，作為 2 層以上塔樓的底盤(pán)連為整體；T10 通過(guò)設(shè)置防震縫和雙向滑動(dòng)支座鋼連廊，拆分為 4 個(gè)單體獨(dú)立設(shè)計(jì)；其他各單體結(jié)構(gòu)自首層起完全分開(kāi)、彼此獨(dú)立；各單體結(jié)構(gòu)均以地下室頂板作為嵌固端。

2 樓蓋結(jié)構(gòu)方案

2.1 樓蓋計(jì)算單元

選取柱網(wǎng)尺寸為 8.5 m ×8.5 m，水平及豎直方向均為 5 跨的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋作為計(jì)算模型，計(jì)算結(jié)果取圖1所示的居中區(qū)域作為樓蓋計(jì)算及分析單元。地下室頂板鋪設(shè) 1.0 m 厚的覆土，其容重取 18 kN/m2。頂板考慮建筑面層營(yíng)造做法，取恒荷載為 4 kN/m2，活荷載考慮消防車(chē)荷載 20 kN/m2，按照文獻(xiàn)[1]中依據(jù)樓蓋板格跨度的大小分別予以折減，其數(shù)值不小于 10 kN/m2。

圖1 樓蓋計(jì)算單元示意圖

地下室框架柱的截面尺寸取600 mm×600 mm，框架梁截面尺寸及頂板厚度隨樓蓋布置方式的變化取值不同。地下室結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)，框架柱、框架梁板的混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為 C55、C35，梁縱筋、箍筋和板鋼筋均采用 HRB400。

2.2 樓蓋布置方式

地下室結(jié)構(gòu)常用的樓蓋形式有主次梁樓蓋、十字梁樓蓋、無(wú)梁樓蓋等多種結(jié)構(gòu)型式，本文依據(jù)規(guī)范[2]對(duì)地下室頂板分別提出單向單道次梁體系、單向雙道次梁體系、十字次梁體系、井字次梁體系、無(wú)次梁厚板體系、空心樓蓋體系共計(jì) 6 種結(jié)構(gòu)樓蓋布置方案（圖2），對(duì)其分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，以比較不同樓蓋的經(jīng)濟(jì)性。

圖2 比選樓蓋結(jié)構(gòu)布置圖

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

基于上述樓蓋平面布置形式，為便于比較計(jì)算結(jié)果，主次梁截面尺寸和板厚的確定以梁、板配筋滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范及規(guī)程[3-5]的設(shè)計(jì)要求，并使梁、板的配筋處于合理范圍之內(nèi)作為前提條件，具體如下：

（1）結(jié)構(gòu)梁、板的撓度以 1/250 作為控制標(biāo)準(zhǔn)；

（2）結(jié)構(gòu)梁、板的頂面、底面的裂縫寬度分別控制在 0.2、0.3 mm 之內(nèi)；

（3）結(jié)構(gòu)梁、板的保護(hù)層厚度按二 a 類(lèi)環(huán)境類(lèi)別取值，分別為 25、20 mm；

（4）結(jié)構(gòu)梁、板的配筋率分別控制在 1.0% ～1. 2%、0.3% ～ 0.4% 之間。為降低結(jié)構(gòu)用鋼量，結(jié)構(gòu)主、次梁上部設(shè)置通長(zhǎng)架立鋼筋，樓板采用雙層雙向鋼筋通長(zhǎng)布置為主；對(duì)梁、板支座處配筋不足區(qū)域另行設(shè)置附加鋼筋。

3 經(jīng)濟(jì)性比較

不同于常規(guī)樓蓋，地下室頂板的厚度須按照規(guī)范[6]的要求考慮防水處理，本工程中所用樓蓋 a）～d）的板厚均取 250～ 350 mm；樓蓋 e）為無(wú)次梁結(jié)構(gòu)，其板厚為 500 mm；樓蓋 f）采用現(xiàn)澆空心樓蓋，依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范[5]計(jì)算及構(gòu)造要求取其樓板總厚度為500 mm?？招臉巧w采用高度為 250 mm 箱體填充，箱體底面為正方形，邊長(zhǎng)為600 mm ×600 mm；箱體頂面及底面的混凝土層厚度均為 125 mm。

3.1 樓蓋梁板計(jì)算

樓蓋布置方案中的樓蓋 a）～ e）采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PKPM 系列軟件中的 SATWE 模塊直接計(jì)算，樓蓋 f）采用規(guī)范[5]擬梁法等代后，再由SATWE進(jìn)行計(jì)算分析；配筋、撓度以及裂縫的計(jì)算采用 PKPM 相關(guān)后處理模塊處理。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行反復(fù)試算，得到滿(mǎn)足預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)要求的各個(gè)樓蓋方案梁板的截面尺寸及配筋；其中，樓蓋梁板的具體構(gòu)件信息見(jiàn)表 1。

3.2 梁板材料用量

綜合圖 3 所示梁板在正常使用極限狀態(tài)以及承載能力極限狀態(tài)下的計(jì)算結(jié)果，得到其相應(yīng)的混凝土及鋼筋用量見(jiàn)表 2、表 3。從表中可以看出，通過(guò)對(duì)樓板中的混凝土采用空心箱體填充，極大降低了樓蓋的自重并減小了梁板的配筋，故框梁空心樓蓋方案 f 的混凝土及鋼筋用量最小。采用常規(guī)梁板布置的方案 a 至方案 e 中，方案 b 所示的單向雙道次梁方案所用混凝土及鋼筋用量最為經(jīng)濟(jì)。

3.3 樓蓋經(jīng)濟(jì)性分析

梁、板所用混凝土選用強(qiáng)度等級(jí)為 C35 的商品混凝土，包含工地運(yùn)費(fèi)與泵送費(fèi)在內(nèi)的單價(jià)按 400 元/m3計(jì)算。HRB400 級(jí)的鋼筋單價(jià)以直徑規(guī)格劃分，價(jià)格介于 3 620 ～3 690元 / t 區(qū)間，統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)取其平均值 3 650 元 / t作為依據(jù)。現(xiàn)澆鋼筋混凝土模板造價(jià)的計(jì)算，均按混凝土與模板接觸面的面積按照 60 元/m2計(jì)算。

現(xiàn)澆空心樓蓋中所用的箱體材料及其附屬配件折算至單個(gè)箱體的綜合價(jià)格約為 95 元/個(gè)。根據(jù)以上單價(jià)規(guī)定，對(duì)經(jīng)過(guò)計(jì)算配筋設(shè)計(jì)的 6種類(lèi)型梁板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)造價(jià)統(tǒng)計(jì)。為便于比較分析，將其換算為單位面積土建造價(jià)，見(jiàn)表 4；其中，現(xiàn)澆空心樓蓋中箱體的綜合價(jià)格折算計(jì)入單位面積總造價(jià)中。

從表 4 中可以看出，采用框梁空心樓蓋方案 f以及單向雙道次梁方案 b 的混凝土及鋼筋用量最小，框梁厚板樓蓋 e 的用量最大；方案 f 以及方案 e的模板用量最省，方案 d 的用量最多；綜合單價(jià)方案f 最為經(jīng)濟(jì)，方案 b 略高于方案 f。綜合考慮防水處理以及管線(xiàn)布置等因素，方案 b 為最經(jīng)濟(jì)的樓蓋形式。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹了地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選型，通過(guò)對(duì)6 種不同形式樓蓋在覆土與消防車(chē)荷載作用下單位面積材料用量的分析，對(duì)其頂板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析及比較，得到了適用的樓蓋布置方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50009—2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50011—2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ 3—2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院. GB 50010—2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[5]中冶建筑研究總院有限公司. JGJ/T 268—2012 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[6]總參工程兵科研三所. GB 50108—2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.