地下車庫技術經濟優(yōu)化設計探析

張東光 茆榮軍 許耕昕

地下車庫技術經濟優(yōu)化設計探析

張東光 茆榮軍 許耕昕

社會經濟與城市的迅速發(fā)展帶來了日益嚴峻的停車問題，面對土地緊缺和城市發(fā)展趨向飽和的大背景下，開發(fā)和建設地下停車空間已成為發(fā)展的必然趨勢。地下車庫成為了居住區(qū)、商業(yè)綜合體、辦公樓等建筑的必備設施。我國地下車庫經歷了十幾年的跨越式發(fā)展，其中也存在著停車場利用率低、設計不合理、細節(jié)設計不足、缺乏人性化設計等問題。本文通過對這些實際問題的分析研究，提出優(yōu)化設計的具體方法，希望對設計實踐具有借鑒意義。

一、總圖規(guī)劃

1.地下車庫邊界

依據銷售物業(yè)總圖及簽批車位指標，地下車庫范圍通常以下三種方式：脫離商鋪；局部進入商鋪；與商鋪外邊界重合。在滿足規(guī)劃指標、日照條件及間距要求的情況下，應通過調整住宅樓座位置，使地下柱網排列利于車位布置。

2.場地豎向設計

場地的豎向設計應結合自然地形，減少填挖方量，地庫底板、頂板隨地形放坡或做臺階，坡度不大于3%，覆土厚度盡量統(tǒng)一。車庫范圍內樓座的正負零標高盡量統(tǒng)一，正負零標高相差較大時，應從標高較高的樓座地下一層入戶。利用住宅樓座首層與道路的高差，選取車庫地面標高與道路豎向標高差值小的位置作為車庫出入口，減小坡道長度。商鋪上方有住宅時，可充分利用住宅下部架空層。

二、柱網優(yōu)化

1.停車方式及車位尺寸

汽車庫內停車方式常用的有平行式、垂直式、斜列式三種。從駕駛和停車的安全、經濟、方便原則出發(fā)，居住區(qū)地下車庫應優(yōu)先選用垂直式停車方式 ，局部區(qū)域可采用平行停車方式。

依據《汽車庫建筑設計規(guī)范》（JGJ 100-98）4.1.4條中，按照垂直后退式停車，和雙排背對背停車位，停車位寬度≥車寬+0.3+0.3。 車位長度≥車長+0.25 。經過對目前常見車型尺寸數據分析，并結合實際項目的使用情況。

居住區(qū)地下車庫中，垂直停車車位尺寸為5.5m（長）x2.5m（寬），平行停車車位尺寸為6.0m（長）x2.4m（寬）。

2.柱網尺寸經濟性對比研究

以地下車庫4000m2防火分區(qū)的停車模塊內，分別采用8.1mx8.1m和8.4mx8.4m的柱網布置車位，并計算車均面積。結果比較：

8.1mX8.1m柱網：停車156輛，車均面積25.6m2/輛。

8.4mX8.4m柱網：停車138輛，車均面積28.9m2/輛。

結論：8.1mX8.1m柱網車庫更為高效。雙排停車的車庫首選8.1mX8.1m柱網。經結構專業(yè)測算，8.1mX8.1m柱網的鋼筋用量約為8.4mX8.4m柱網的92%，且結構總造價為后者的95%。

如車位寬度按2500mm計算，地下車庫結構柱截面尺寸通常為600mmX600mm，則采用垂直停車方式，布置3輛車位最小柱網寬度為：2500X3+300+300=8100mm。如采用正方形柱網，則地下車庫的柱網尺寸為8.1mx8.1m。經研究，此為居住區(qū)地下車庫最為經濟的柱網尺寸，雙排停車優(yōu)先采用8.1mx8.1m柱網，單排停車采用8.1mx6.6m柱網，6.6m已經滿足單排停車通車道使用要求，車庫邊緣采用8.1mx5.1m柱網。

3.停車模塊參數對比研究

以4000m2防火分區(qū)為模塊，通過改變X與Y方向的尺寸，研究其與車均面積的關系（見圖1）。

圖1 停車模塊示意圖

方案1 Y=5.1x2+8.1x7=66.9m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x4=55.8m

模塊面積：3733.02m2車位數：138輛

車均面積：27.05m2/輛方案2 Y=5.1x2+8.1x5=50.7m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x7=80.1m

模塊面積：4061.07m2車位數：156輛

車均面積：26.03m2/輛方案3 Y=5.1x2+8.1x3=34.5m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x11=112.5m

模塊面積：3881.25m2車位數：150輛

車均面積：25.87m2/輛結論：在不考慮設備用房對車位布置的前提下，當n（n≮3）減小，m增加時， 即X方向越長，Y方向越短的停車模塊，車均面積Q值越小，停車效率越高。

4.地下車庫與地上商鋪柱網的協調

商鋪開間方向的柱網尺寸通常為8.4m，進深通常為16m。根據地下車庫邊界與地上商鋪的關系，有以下三種柱網設計方式：

（1）地下車庫與地上商鋪投影無重合區(qū)域。地下車庫應采用8.1mX8.1m柱網。

（2）地下車庫局部區(qū)域與地上商鋪投影重合。地下車庫商鋪投影范圍內采用為8.4mX8.4m柱網，范圍外采用8.1mX8.1m柱網。2種柱網之間采用斜梁搭接。

（3）地下車庫區(qū)域與地上商鋪投影完全重合。地下車庫商鋪投影范圍內采用為8.4mX8.4m柱網，范圍外采用8.1mX8.1m柱網。2種柱網之間采用斜梁搭接。

（4）如2、3條所述情況的商鋪進深小于14m，商鋪開間柱網尺寸采用8.1mX8.1m。

三、結構優(yōu)化

1.控制層高

控制地下車庫的層高從控制凈高、梁高（板厚）、管線高度三個因素出發(fā)。車庫凈高要求應參考汽車庫建筑設計規(guī)范4.1.13條規(guī)定，其中貨運、設備運輸通道凈高均有特殊要求，人防車庫凈高應按當地人防部門規(guī)定執(zhí)行。

車庫頂板結構形式有梁板式和無梁式兩種方式。 無梁樓蓋做法可有效提高豎向空間利用率，降低地下車庫開挖深度，節(jié)約建造成本。此種結構形式要求地下車庫柱網尺寸盡量規(guī)整。

通常板厚的取值和柱距、覆土厚度、消防車荷載、人防荷載、景觀地形、種植等多方面因素有關。在設計中可以控制的參數為柱距和覆土厚度，因此在方案中，應盡量控制覆土的厚度，并合理地布置柱網。

2.地下車庫樓蓋結構經濟性研究

（1）地下一層頂板結構經濟性研究

擬定設計條件：頂板覆土2.5m，柱網尺寸：8.1x8.1m，柱子斷面：600x600。

頂板消防車荷載考慮覆土折減后取值：14（15.7）kpa。

方案一：無梁樓蓋樓板，板厚550mm，柱帽尺寸：2800x2800mm，平柱帽高度270mm，斜柱帽高度500mm。

方案二：雙次梁樓板，板厚150mm，主框架梁為550x1100mm，次框架梁為400x850mm，次梁為400x850mm。

方案三：大板樓板，板厚400mm，框架梁斷面：550x950mm。

三種方案經濟性對比（見圖2）

圖2 方案一～方案三經濟指標比較表

結論：覆土層頂板（地下一層頂板）采用無梁樓蓋方案最為經濟，主次梁方案次之，大板方案最差。

（2）地下二層頂板結構經濟性研究

擬定設計條件：頂板面層50mm，柱網尺寸：8.4x8.4m，柱子斷面：600x600。

頂板活荷載取值：2.5（4.0）kpa。

方案一：無梁樓蓋樓板，板厚220mm，柱帽尺寸：2800x2800mm，平柱帽高 270mm。按照配筋方式的不同，無梁樓蓋樓板分為拉通配筋法和分離配筋法。

拉通配筋法：按照最小配筋率確定通長鋼筋法按照最小配筋率為0.2%確定上、下鐵拉通筋，不足處附加—傳統(tǒng)配筋方法。

分離配筋法：上鐵拉通筋為溫度鋼筋，不足處附加；下鐵無拉通筋，在各板帶處單獨配置。分離配筋法詳見《全國民用建筑工程設計技術措施》，其對上鐵筋的截斷長度有較為嚴格的規(guī)定，本方案柱上板帶附加上鐵長度不足，不滿足此要求，故需計算本方案柱上板帶附加上鐵截斷位置處的彎矩，以確定截斷點的位置。經計算，中間跨的負筋長度滿足彎矩要求，邊跨的負筋長度不足，需外伸700mm，即截斷點至柱中心線的長度為2800mm。

方案二：雙次梁樓板，板厚100mm，主框架梁為300x750mm，次框架梁 300x600mm， 次梁為250x600mm。板內上鐵分布鋼筋為6@200。

方案三：十字梁樓板，板厚100mm，主框架梁為300x700mm，次梁為250x600mm。板內上鐵分布鋼筋為6@200。

方案四：大板樓板，板厚210mm，框架梁斷面：300x700mm。板面無上鐵筋處設置溫度鋼筋8@200，上鐵分布鋼筋為8@200。

大板樓板，板厚210mm，框架梁斷面：300x700mm。板面無上鐵筋處設置溫度鋼筋8@200，上鐵分布鋼筋為8@200。 板采用塑性算法設置β=1.4，裂縫控制ωmax=0.3mm。

四種方案經濟性對比（見圖3）

注：1.混凝土按400元/m2，鋼筋按4000元/噸計算；2.梁板式模版按50元/m2，無梁樓蓋按45元/m2計算；3.鋼筋統(tǒng)計中均已計入梁、板的錨固鋼筋量；4.板鋼筋統(tǒng)計中已計入溫度鋼筋、上鐵分部鋼筋的含量。

結論：地下二、三層頂板采用雙次梁方案最為經濟。無梁樓蓋方案次之，大板方案最差。如采用無梁樓蓋方案，應采用分離式配筋法，可節(jié)約成本11元/m2。

（3）無梁樓蓋優(yōu)化形式

設計思路：與上述傳統(tǒng)的無梁樓蓋方案相比，減小頂板的厚度，可以通過加大柱帽尺寸（大柱帽方案）和設置抗沖切鋼筋（配置抗沖切箍筋方案）解決板的沖切問題。

大柱帽方案：通過經濟對比分析，確定大柱帽方案參數為：樓板板厚450mm，柱帽尺寸：3600x3600mm，平柱帽高度450mm，斜柱帽高度500mm。

配置抗沖切箍筋方案：通過經濟對比分析，確定大柱帽方案參數為：樓板板厚450mm，柱帽尺寸：3000x3000mm，平柱帽高度450mm，斜柱帽高度500mm。

二種方案經濟性對比（見圖4）

圖4 經濟指標比較表

結論：與傳統(tǒng)的無梁樓蓋方案相比，大柱帽無梁樓蓋方案及配置抗沖切鋼筋無梁樓蓋方案經濟性優(yōu)勢明顯，且兩者總造價相差無幾。大柱帽方案中，因設備噴淋布點的要求，柱帽下方需設置噴頭，局部噴淋管線需下彎至噴頭點，故對管線的布置及車庫的建筑效果有一定的影響。配置抗沖切鋼筋方案經濟性好，方便各個專業(yè)管線的穿行。但增加了工人下料及綁扎箍筋的時間，施工進度會受到稍許的影響。

（4）地下一層樓蓋結構形式研究

①無梁樓蓋結構形式

與傳統(tǒng)的無梁樓蓋方案相比，大柱帽無梁樓蓋方案及配置抗沖切鋼筋無梁樓蓋方案經濟性優(yōu)勢明顯，且兩者總造價相差無幾；大柱帽方案中，因設備噴淋布點的要求，柱帽下方需設置噴頭，局部噴淋管線需下彎至噴頭點，故對管線的布置及車庫的建筑效果有一定的影響；配置抗沖切鋼筋方案經濟性好，方便各個專業(yè)管線的穿行，但增加了工人下料及綁扎箍筋的時間，施工進度會受到稍許的影響。

②工程中常用覆土厚度的無梁樓蓋設計實例

擬定設計條件：工程中常用的覆土厚度為2米，經計算，板厚h=400mm，柱帽厚度為400mm斜柱帽為600mm。

方案一：大柱帽無梁樓蓋方案（柱帽尺寸3600mm）；方案二：抗沖切鋼筋無梁樓蓋方案（柱帽尺寸3000mm）。

③兩種方案經濟性比較（見圖5）

圖5 覆土2米時無梁樓蓋統(tǒng)計表

當無梁樓蓋方案不滿足適用范圍時，可采用其余方案，其余方案均為現澆梁板式方案，可適用于任何情況?，F澆樓板的施工需嚴格執(zhí)行《建筑防水規(guī)范》中對車庫頂板需滿足一級防水要求時，頂板厚度不得小于250mm時，采用現澆大板方案為經濟最優(yōu)方案。當地無上述要求時，選用現澆雙次梁方案為經濟最優(yōu)方案。

十字梁方案，因設備噴淋布點正位于十字梁下，梁下需預留250mm的管線空間，故對層高有很大的影響，不建議使用。

經結構專業(yè)計算分析，覆土層頂板（地下一層頂板）采用無梁樓蓋方案最為經濟。 主次梁方案次之，大板方案最差。地下二、三層頂板采用雙次梁方案最為經濟。無梁樓蓋方案次之，大板方案最差。如采用無梁樓蓋方案，應采用分離式配筋法，可節(jié)約成本11元/m2。

3.覆土厚度

地下車庫頂板應預留一定量的覆土，以保證設備管線的穿行及景觀園林的要求。結構成本隨覆土厚度、層高的增大而增大。經統(tǒng)計，單層地下車庫覆土厚度及層高對結構成本的影響（見圖6）：

圖6 覆土厚度及層高對結構成本影響表

四、細節(jié)優(yōu)化

1.車庫出入口

（1）數量：大中型車庫（300～500輛）出入口不少于2個 。

特大型車庫（＞500輛）出入口不少于3個 。

（2）寬度：單向行駛不小于5.0m。雙向行駛不小于7.0m。

注：上述寬度指車庫出口與外界道路相交處最小寬度，而非車庫出入口坡（通）道最小寬度。

2.坡道

直線坡道坡度建議為15%；曲線坡道坡度建議為12%。雙車道坡道轉彎段坡度為內環(huán)中心線坡度，計算長度以內環(huán)中心線計算。

優(yōu)選曲線緩坡坡道。曲線緩坡半徑為20.0m。在高差、坡度相同的情況下，曲線緩坡坡道比直線緩坡坡長更小，節(jié)約空間。

3.轉彎半徑

《JGJ100-1998汽車庫建筑設計規(guī)范》中對最小轉彎半徑的規(guī)定，居住區(qū)地下車庫內最小轉彎半徑按6.0m設計，汽車環(huán)道內徑不小于3.6m，外徑不小于7.6m。

4.規(guī)整地庫外輪廓

地庫外輪廓簡潔，可避免出現多段折線，造成外墻增多；緊湊的車位布置，避免出現多余空間，造成無效面積；車庫外輪廓應避免出現銳角弧線，造成布車障礙。

五、結語

為了節(jié)約建造成本，減少造價，提高車庫的使用效率，總圖規(guī)劃應該注意住宅、商鋪和地下車庫的關系，控制樓間距，利用豎向高差，減少施工量。在柱網優(yōu)化方面，車庫首選8.1mX8.1m柱網，并進行模塊化設計，商鋪與車庫的柱網要協調。車庫結構的優(yōu)化，以覆土層頂板采用無梁樓蓋方案最為經濟，地下二層頂板采用雙次梁方案最為經濟。在細節(jié)優(yōu)化方面，應確定車庫出入口數量及寬度，采用曲線緩坡坡道，規(guī)整地庫輪廓。采取以上車庫優(yōu)化設計方法，以充分實現地下的實用性、安全性及經濟合理性，真正體現以人為本的設計理念。

（作者單位：張東光，萬達商業(yè)地產設計中心；茆榮軍，大連萬達商業(yè)地產股份有限公司；許耕昕，北京城建地產）