地下室結(jié)構(gòu)限額設(shè)計及優(yōu)化方法

趙軍

摘要：本文通過分析影響地下室含鋼量的因素，提出控制限額指標的具體優(yōu)化方法；希望能給給同行以借鑒，共同交流。

關(guān)鍵詞：限額設(shè)計；鋼筋含量；影響因素；優(yōu)化方法

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—182—03

前言

所謂限額設(shè)計，通常指按照批準的可行性研究報告的投資估算控制初步設(shè)計，按照初步設(shè)計的總概算造價限額進行施工圖設(shè)計，保證各專業(yè)達到使用功能，符合設(shè)計質(zhì)量要求。而設(shè)計優(yōu)化又是限額設(shè)計的關(guān)鍵。通過優(yōu)化設(shè)計和加強管理等各種有效措施，提高設(shè)計質(zhì)量，降低工程造價，把技術(shù)與經(jīng)濟、質(zhì)量與效益統(tǒng)一起來。

地下室結(jié)構(gòu)的限額設(shè)計一般是指地下室結(jié)構(gòu)含鋼量及混凝土含量指標，二者之中以鋼筋含量指標對成本影響最大。在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，對結(jié)構(gòu)進行限額設(shè)計，是目前建設(shè)單位對設(shè)計單位的要求。因而對設(shè)計提出了更高的標準。在限額設(shè)計的要求下，設(shè)計人員有兩個趨向：一是設(shè)計盡量滿足設(shè)計規(guī)范的下限，從而達到限額的目的；二是進行局部調(diào)整，試圖達到限額設(shè)計的要求。本文從地下室含鋼量指標限額、影響因素等方面尋求具體優(yōu)化設(shè)計的方法來盡量滿足限額設(shè)計的指標要求。

1地下室結(jié)構(gòu)限額設(shè)計具體指標

由于鋼筋及混凝土指標是相互關(guān)聯(lián)的，因此將兩個指標作為一個整體考慮，以下各項指標均以“建筑面積”為基數(shù)，即采用GB/T50353—2005《建筑工程建筑面積計算規(guī)范》計算的建筑面積。整體地下室指標：根據(jù)其特征，在指標下達時分為三項指標：擴大地下室、人防地下室及塔樓地下室，裙樓地下室可以參考擴大地下室，因為其上部建筑對其影響較小。

備注：

（1）地下部分限額的范圍：

a.無地下室結(jié)構(gòu)：樁基礎(chǔ)以上，含基礎(chǔ)連系梁等，混凝土不含基礎(chǔ)墊層量。

b.地下室部分：樁基承臺及以上，地下室天然基礎(chǔ)或筏板.基礎(chǔ)及以上，地下室頂板及以下。限額指標不含承臺及地下室或筏板底板墊層混凝土、不含地下室內(nèi)水池（現(xiàn)澆鋼筋砼水池等）鋼筋及混凝土。

（2）該限額指標制定前提為：基礎(chǔ)類型為樁基礎(chǔ)，地下室底板為基礎(chǔ)承臺、底梁及底板的結(jié)構(gòu)形式，地下水位同埋深，頂板覆土以1.5米以內(nèi)為宜。若確定為筏板基礎(chǔ)或其他情形的，根據(jù)實際情況可在第二階段成本目標下達限額指標時做適當調(diào)整。

（3）所有全地下室均按照覆土厚度為約1.2m考慮，當覆土厚度低（高）于此情況0.3m時，應(yīng)酌情降低（增加）鋼筋限額指標約8kg/平米。

（4）人防地下室按照6級人防標準考慮，若實際人防標準高于6級，可酌情考慮提高地下室人防范圍的限額指標。

（5）消防車道區(qū)域的調(diào)整方法：按照地下室頂板上消防車道區(qū)域的面積，鋼筋增加10kg/平米，砼增加0.1立方，平米。

（6）塔樓部分地下室，地上結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換對其指標影響較大，不轉(zhuǎn)換按照80米內(nèi)、80米以上分類鋼筋按130kg/平米和140kg/平米，全轉(zhuǎn)換按照80米內(nèi)、80米以上分類鋼筋按160kg/平米和170kg/平米控制。

（7）對于地下室，本限額指標對應(yīng)的基礎(chǔ)類型為普通樁基礎(chǔ)或其它非筏板基礎(chǔ)，當采用整體筏板基礎(chǔ)或整體樁筏基礎(chǔ)時，應(yīng)酌情考慮提高整體地下室鋼筋限額指標約20-40 kg/m²，混凝土指標約0.20-0.40 m³/m²。

（8）當高層主樓的首層面積超過地下室單層面積的30%時，可酌情考慮提高地下室限額指標。

（9）當?shù)叵率业娜朔澜Y(jié)構(gòu)面積大于85%時，鋼筋限額指標可提高10-20 kg/m²；當?shù)叵率业娜朔澜Y(jié)構(gòu)面積小于15%時，鋼筋限額指標可降低10-20 kg/m²。

（10）人防地下室在塔樓投影下的，鋼筋指標上限為180kg/平米。

2影響地下室結(jié)構(gòu)含鋼量的因素

2.1建筑平面的分布

（1）上部建筑占地下室的比例

（2）人防地下室占地下室的比例

（3）覆土的厚度

2.2結(jié)構(gòu)方案

（1）上部結(jié)構(gòu)高度及剛度

（2）上部結(jié)構(gòu)是否設(shè)有轉(zhuǎn)換，地下室的結(jié)構(gòu)布置

（3）抗震等級

（4）場地土層的分布及物理性質(zhì)

（5）地下水的分布情況

2.3地下室基礎(chǔ)的形式

（1）天然地基

（2）樁基礎(chǔ)

2.4地下室含鋼量影響因素的影響程度

3滿足限額指標所采取的優(yōu)化方法

3.1嚴格控制地下室層高

高層建筑基坑一般情況下都是深基坑，它包括土方開挖，排水降水，工程檢測等。隨著地下室層高加高，這些費用都要相應(yīng)增加，增加的幅度幾十到幾百元每平方，甚至更多。這要結(jié)合上述內(nèi)容的具體形式，由造價部門專門分析。地下室也是建筑工程中最重要的部分；也是建筑工程中最耗資金的部分；也是設(shè)計院概念最模糊、設(shè)計最為保守的部分；也是施工隊伍最混亂、最容易出工程質(zhì)量管理事故的部分。

高層建筑地下室自身含鋼量隨著層高變化而影響較大的是地下室側(cè)墻，底板也隨著地下水的抗浮設(shè)計水位不同而變化不同。因此確定經(jīng)濟層高對滿足限額指標最為重要。合理的地庫層高，對降低其成本是很重要的。一般確定地庫層高的原則主要有四個方面。第一，合理的選用地下室底板的構(gòu)造做法，根據(jù)實際構(gòu)造來計算層高；第二，在確定層高時，精確計算設(shè)備管線預(yù)留高度以及結(jié)構(gòu)梁高；第三，當車庫與變配電間或水池等設(shè)備用房同層設(shè)計時，應(yīng)采取“設(shè)備用房局部降（升）板”，而車庫層高按常規(guī)設(shè)計；第四，管線綜合。其中，管線綜合注意遵循的原則：（1）應(yīng)盡量使“主風道”靠近車道外側(cè)設(shè)置或走車位上空；（2）風道寬度盡量控制在1.2米以內(nèi)，使風道下面不設(shè)置噴淋：（3）電橋架、設(shè)備管線盡量與風道平行設(shè)置、盡量不要設(shè)在風道下方；（4）各類管線交叉點不要設(shè)在主車道處。另外，采用寬扁梁也是在結(jié)構(gòu)上降低層高的有效方法之一。一般地下車庫計算層高的基本內(nèi)容如下表：

其中管線常用的計算高度為噴淋≥200mm（噴淋需要高度為150mm，預(yù)留50mm安裝高度），通風道300mm～500mm（含50mm的安裝支架高度），電橋架一般150mm高。設(shè)備高度簡介見下圖：

3.2合理的地下室柱網(wǎng)及覆土厚度

（1）柱網(wǎng)布置

除了在停車方式上有經(jīng)濟性的講究之外，在車庫內(nèi)的柱網(wǎng)布置也需要有其合理性。對于單建式地下停車庫，停放小型車時不宜采用兩柱間停一輛車的方式，以免柱過多；對于附建式，則有時因上部建筑柱網(wǎng)尺寸較小，而兩柱間停一輛車可能是合理的。在選擇停車間柱網(wǎng)時，除滿足技術(shù)要求和使面積指標達到最優(yōu)外，還必須考慮結(jié)構(gòu)上是否經(jīng)濟合理，包括結(jié)構(gòu)跨度尺寸不應(yīng)過大、材料消耗量要小、結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸合理、在平面和高度上不過多占用室內(nèi)空間、柱距與一定的結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)，以及柱網(wǎng)單元種類不應(yīng)過多等方面。經(jīng)過分析與研究，對不同的停車方式對應(yīng)的柱距經(jīng)濟性考慮如下圖：

（2）覆土厚度

地下汽車庫頂板的覆土厚度一般根據(jù)三點確定。首先，地下室頂板覆土厚度應(yīng)結(jié)合景觀方案精細化設(shè)計，不同種植區(qū)域覆土厚度應(yīng)不同。也可采用樹池或堆土來種植，目的是盡量減少覆土荷載優(yōu)化成本。其次，如采用覆土種植，建議覆土厚度為：種植大樹處覆土局部1200mm高，普通喬木處800mm，草坪一般300～400mm高。第三，方案階段，給排水專業(yè)應(yīng)給出排水方案，根據(jù)水管布置長度及上方有無行車情況確定所需覆土厚度，進行局部調(diào)整。

3.3地下室構(gòu)件的設(shè)計優(yōu)化

地下室成本的控制制約于各部位構(gòu)件的設(shè)計，是綜合體的體現(xiàn)，因此針對各構(gòu)件必須全面考慮才可能達到經(jīng)濟、合理的目的。

現(xiàn)有地下室設(shè)計結(jié)構(gòu)類型基本均為框架結(jié)構(gòu)，外圍為混凝土擋土墻.詳細測算其中的兩個地下室，其含鋼量指標如下：

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，通過比較發(fā)現(xiàn)，地下室頂板及井宇梁的用鋼量最大，占到總用鋼量的一半左右。所以，地下室頂板上作用的荷載對含鋼量影響很大，減少作用在頂板上的荷載，可以減少鋼筋用量從而達到節(jié)約鋼筋的目的。若建筑布局合理，并能有效控制景觀覆土厚度，消防車道布置合理，在結(jié)構(gòu)有利部位的話，結(jié)構(gòu)整體含鋼量能有較大幅度的下降。

除了在結(jié)構(gòu)的含鋼量上可以減少車庫的成本之外，在地庫結(jié)構(gòu)的構(gòu)造上，也可以進行優(yōu)化設(shè)計，以達到節(jié)約成本的目的。

（1）基礎(chǔ)形式

不同的地區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造也不盡相同，則對于地下汽車庫的結(jié)構(gòu)要求也有所不同。以某地區(qū)為例，其地下抗浮水位相對較低（約3.054米），如能充分利用地下水位高度，將對節(jié)約工程造價創(chuàng)造有利條件。通過對埋深、覆土和層高的綜合設(shè)計，根據(jù)計算結(jié)果現(xiàn)有地下室均未設(shè)置抗拔樁，基礎(chǔ)為筏板形式，水浮力靠結(jié)構(gòu)自重平衡，因此，基礎(chǔ)造價得以大幅下降。因為水浮力靠結(jié)構(gòu)自重平衡，結(jié)構(gòu)上需增加配重，通過比較發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)底板上增加荷載是經(jīng)濟有效的方式（不增加頂板荷載）。

當然，確保結(jié)構(gòu)自重與外部景觀荷載，采取必要的降水措施對結(jié)構(gòu)正常使用亦起到至關(guān)重要的作用，特別是在施工雨季期間，一定要做好降水和場地排水工作。

（2）伸縮縫或后澆帶

設(shè)置伸縮縫勢必會造成一部分建筑面積的浪費，因地下室溫度應(yīng)力不明顯因此規(guī)則結(jié)構(gòu)一般不設(shè)伸縮縫，只設(shè)置后澆帶。只有當?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)平面嚴重不規(guī)則，才會在應(yīng)力、變形集中的地方設(shè)置伸縮縫，當然分期建設(shè)也會設(shè)縫。后澆帶間距一般控制在40～45米左右比較經(jīng)濟。

（3）底板

底板配筋主要控制指標是裂縫，而且底板承受較大水浮力作用，為保證其剛度，底板厚度不應(yīng)設(shè)置過薄，在一定板厚情況下，底板配筋大部分區(qū)域為構(gòu)造配筋。若底板為梁板式，底板可以薄一些，但底板上浮力均要傳至基礎(chǔ)梁上，基礎(chǔ)梁配筋勢必很大，無形中就會造成結(jié)構(gòu)上的浪費。而且設(shè)置基礎(chǔ)梁也會增加基礎(chǔ)施工難度，鑒于此種考慮底板一般設(shè)置為無梁樓蓋體系（獨立基礎(chǔ)+防水板體系），對減少地庫的成本更合理。

（4）頂板

地下汽車庫頂板的結(jié)構(gòu)型式可以有多種選擇：普通梁板式、普通無梁樓蓋及新興的現(xiàn)澆空心無梁樓蓋。相對而言普通梁板式布置傳力明確、受力簡單因此使用廣泛，但缺點在于影響建筑層高、含鋼量也較高：普通無梁樓蓋布置簡單、節(jié)約層高，但屬不利結(jié)構(gòu)型式，對建筑平面布局、柱網(wǎng)要求較高且混凝土含量大；現(xiàn)澆空心無梁樓蓋特性基本與無梁樓蓋相同，但其含鋼量最小，混凝土含量居中，是今后發(fā)展的重點方向。

下圖為對三種結(jié)構(gòu)形式，即梁板式、帶柱帽無梁樓蓋和空心無梁樓蓋的結(jié)構(gòu)對比：通個計算分析，得出下表：

（5）側(cè)墻

地下室外墻的主要控制指標是裂縫，在適當調(diào)整外墻厚度（混凝土比鋼筋便宜很多）的情況下，外墻鋼筋含量會有較大幅度的改觀。

若地下室層高較高，可在外墻上加設(shè)框架柱（扶壁柱）。在計算方法上外墻可當作雙向板計算，因此水平鋼筋可參與受力而不僅是控制裂縫的構(gòu)造設(shè)置，此時鋼筋含量也能得以調(diào)整。

4結(jié)束語

通過多項實際工程實例的驗證，地下室結(jié)構(gòu)采取上述優(yōu)化方法，可有效控制結(jié)構(gòu)含鋼量指標；深受建設(shè)單位的好評，為公司業(yè)務(wù)開拓起了很好的保障作用。