人防地下室結(jié)構(gòu)布置選型對(duì)結(jié)構(gòu)含鋼量影響分析

摘 要：由于越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)商對(duì)人防地下室的結(jié)構(gòu)含鋼量提出了明確限制要求，通過(guò)對(duì)人防地下室結(jié)構(gòu)布置選型的研究，總結(jié)不同結(jié)構(gòu)布置形式對(duì)含鋼量的影響，方便人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型。

關(guān)鍵詞：人防地下室;結(jié)構(gòu)含鋼量;布置選型

通過(guò)總結(jié)平時(shí)的工作實(shí)際，以統(tǒng)籌統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式比較各類情況下的含鋼量，以簡(jiǎn)便的推算出各含鋼量，作為項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選型的參考，避免造成浪費(fèi)。

一、 人防地下室結(jié)構(gòu)含鋼量的計(jì)算條件

在條件一定前提下，人防地下室含鋼量主要受建筑層高、覆土厚度、人防等級(jí)、結(jié)構(gòu)方案影響。現(xiàn)對(duì)影響因素分別總結(jié)出常用形態(tài)：建筑層高分別取為3400mm、3800mm、4600mm和4900mm;覆土厚度分別取為無(wú)覆土、800mm、1000mm和1200mm覆土;人防等級(jí)取為核6級(jí)和常6級(jí)的疊加作用;采用框架結(jié)構(gòu)，取9.0m×9.0m，8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m四種典型柱跨;頂板梁板的結(jié)構(gòu)形式采用主梁大板體系、單向一道次梁、單向兩道次梁、十字交叉梁4類結(jié)構(gòu)布置形式;底板的結(jié)構(gòu)形式主要分為梁板式及平板式。7度設(shè)防，Ⅲ類場(chǎng)地，框架抗震等級(jí)三級(jí)，混凝土采用C35，鋼筋采用HRB400。通過(guò)對(duì)各計(jì)算實(shí)例進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，以含鋼量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，最終篩選出最優(yōu)方案設(shè)計(jì)依據(jù)。

二、 頂板結(jié)構(gòu)形式對(duì)含鋼量的影響

人防地下室頂板與普通地下室頂板有較大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面，在頂板板厚方面，人防地下室頂板由于結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造板厚度要求及建筑功能上的防護(hù)厚度要求，使得其厚度一般比民用地下室頂板厚度要大。另一方面，人防地下室頂板上的人防等效靜荷載較大，加之其配筋構(gòu)造要求比較嚴(yán)格，即使在材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值方面有一定的提高，但仍然使得頂板上的配筋大多比民用地下室頂板大，在這樣的情況下，合理選用人防地下室頂板結(jié)構(gòu)形式，對(duì)創(chuàng)造工程的經(jīng)濟(jì)效益非常重要。

（一）柱網(wǎng)、荷載及各項(xiàng)參數(shù)的確定

本次經(jīng)濟(jì)分析采用第一段所列計(jì)算條件，X，Y方向各取5跨作為計(jì)算模型進(jìn)行研究進(jìn)行比較，覆土容重取20kN/m2，活載取5kN/m2，人防荷載70kN/m2，框架柱取600×600mm，板厚取250～350mm。

（二）方案比選過(guò)程

本文從兩個(gè)方面確定頂板的最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式，第一，在相同跨度下，不同頂板結(jié)構(gòu)形式在不同覆土情況下的含鋼量對(duì)比情況;第二，在相同覆土情況下，不同頂板結(jié)構(gòu)形式在不同柱跨情況下（8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m三種跨度）的含鋼量對(duì)比情況。

對(duì)不同覆土，相同柱跨情況下，地下室頂板不同結(jié)構(gòu)形式下含鋼量結(jié)果進(jìn)行圖表分析（Y向數(shù)值為結(jié)構(gòu)含鋼量，單位kg/m2）結(jié)果如下。

可見(jiàn)在不同覆土厚度、相同柱跨的情況下，結(jié)構(gòu)選型為主梁大板體系結(jié)構(gòu)含鋼量均為最低。同時(shí)表中數(shù)據(jù)也體現(xiàn)出，對(duì)不同柱跨，相同覆土情況下，結(jié)構(gòu)選型為主梁大板體系結(jié)構(gòu)含鋼量也均為最低。綜合以上情況可以得出，頂板結(jié)構(gòu)為梁板式樓蓋時(shí)，主梁大板體系結(jié)構(gòu)為最優(yōu)結(jié)構(gòu)形式。下面討論地下室頂板結(jié)構(gòu)形式為主梁大板體系時(shí)最佳柱跨布置方案。

根據(jù)表格分析，還可看出隨著柱跨的減小，地下室頂板的結(jié)構(gòu)含鋼量顯著減小，因此，在建筑條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地采用小柱跨的結(jié)構(gòu)布置形式，能大大降低地下室頂板的含鋼量。同樣，在對(duì)比柱跨8.4m×8.4m與柱跨8.4m×6.3m兩種長(zhǎng)跨相同的柱網(wǎng)形式，長(zhǎng)方形柱網(wǎng)（柱跨8.4m×6.3m含鋼量低于正方形柱網(wǎng)（柱跨8.4m×8.4m），宜優(yōu)先采用長(zhǎng)方形柱網(wǎng)，同樣可以有效降低地下室頂板結(jié)構(gòu)含鋼量。

三、 人防地下室底板結(jié)構(gòu)形式對(duì)結(jié)構(gòu)含鋼量的影響

地下室底板目前常用的結(jié)構(gòu)形式主要分為有梁式底板和無(wú)梁式底板，在正常的條件下無(wú)梁式底板的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于有梁式底板，而且無(wú)梁式底板施工時(shí)減少了明梁側(cè)模的開(kāi)挖和施工，所以當(dāng)下車庫(kù)底板的選型多選用無(wú)梁式底板，但是對(duì)于人防工程而言底板的構(gòu)造配筋要求比較嚴(yán)格，一般無(wú)梁樓蓋的構(gòu)造配筋率要求不小于0.3%，所以本文通過(guò)在相同條件下分別建模結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM-SLABCAD具體通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比得出不同底板形式的經(jīng)濟(jì)性。

（一）柱網(wǎng)、荷載及各項(xiàng)參數(shù)的確定

本次經(jīng)濟(jì)分析采用和頂板相同的柱網(wǎng)形式及跨數(shù)進(jìn)行研究，底板在有無(wú)樁基礎(chǔ)及具體樁的受力形式分別確定底板的人防荷載核6級(jí)取50kN/m2、25kN/m2，根據(jù)常用的抗浮水位（室外整平地面下0.5m），以及常用的地下室1200mm覆土，層高3.4m、3.8m、4.6m、4.9m分別計(jì)算出水浮力，按恒載輸入模型進(jìn)行計(jì)算比較，板厚取350～500mm。

（二）樓蓋結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)當(dāng)下最常用的底板形式及有梁式底板和無(wú)梁式底板進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，梁的經(jīng)濟(jì)配筋率為0.6%～1.5%，柱墩及板的經(jīng)濟(jì)配筋率為0.3%～0.5%左右，經(jīng)反復(fù)試算，按梁配筋率控制在1.5%左右，板的配筋率控制在0.3%左右來(lái)確定梁及板的截面尺寸。X、Y方向各取5跨作為計(jì)算模型進(jìn)行研究，分別利用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法和PMCAD根據(jù)配筋結(jié)果調(diào)整計(jì)算截面，得出合適配筋結(jié)果。

（三）方案比選過(guò)程

根據(jù)第一段及設(shè)定條件，比選梁板式底板、無(wú)梁底板分別在不同層高下的含鋼量如下：

可以看出，在不同層高、相同柱跨的情況下，底板結(jié)構(gòu)選型為無(wú)梁式底板時(shí)，一般結(jié)構(gòu)含鋼量最低?？紤]到梁板式體系的明梁在底板施工過(guò)程中需要開(kāi)梁槽，底板防水等做法不方便，現(xiàn)場(chǎng)人工及材料費(fèi)也較高，故同樣宜選用無(wú)梁底板體系。

同時(shí)，分析表格數(shù)據(jù)，可以看出隨著柱跨的減小，地下室底板的結(jié)構(gòu)含鋼量相應(yīng)減小，在建筑條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地采用小柱跨的結(jié)構(gòu)布置形式，能大大降低地下室頂板的含鋼量。同樣，在不同層高下，考慮到地下室的實(shí)際使用功能，層高選擇3.8m是一個(gè)比較合理的選擇，同樣可以有效降低地下室頂板結(jié)構(gòu)含鋼量。

四、 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前面的計(jì)算分析可以得出，在不同柱跨、相同覆土的情況下，人防地下室頂板為主梁大板體系、底板為無(wú)梁式底板體系時(shí)，結(jié)構(gòu)含鋼量均為最低，同時(shí)柱跨的大小，柱網(wǎng)的形狀均對(duì)結(jié)構(gòu)含鋼量存在一定影響，在滿足建筑功能的情況下，確定柱跨大小時(shí)，宜優(yōu)先選用小柱跨;在柱跨相同的情況下，宜優(yōu)先選擇長(zhǎng)方形柱網(wǎng)。本文通過(guò)對(duì)人防地下室結(jié)構(gòu)布置選型的研究，總結(jié)了人防地下室不同結(jié)構(gòu)布置形式對(duì)含鋼量的影響，對(duì)人防地下室的設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

作者簡(jiǎn)介：

顏俊山，上海民防建筑研究設(shè)計(jì)院有限公司。