不同荷載作用下地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型的比較研究

吳坤

摘 ? ?要：隨著近些年我國(guó)汽車數(shù)量不斷增加、地下人防工程受重視程度不斷提升，房地產(chǎn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)對(duì)地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，為了同時(shí)滿足地庫(kù)使用標(biāo)準(zhǔn)、降低成本、提高安全的要求，做好地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型工作尤為重要，其中荷載作用是地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型中需重點(diǎn)考慮的因素。因此，本文重點(diǎn)探究不同荷載作用下五種地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型的對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：不同荷載;地庫(kù);結(jié)構(gòu)選型;比較

1 ? 引言

地庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，在確保結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，如何降低建設(shè)成本、保障工程整體效益是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外很多建筑學(xué)者對(duì)不同荷載、不同跨度的地庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析，得出的結(jié)論通常是跨度小時(shí)選擇無(wú)梁樓蓋經(jīng)濟(jì)效益最高、單向肋樓蓋造價(jià)較低。當(dāng)然，在地庫(kù)結(jié)構(gòu)選型中還要考慮其他綜合性因素，包括建筑空間使用要求、排布設(shè)備管線、荷載大小、柱網(wǎng)尺寸等等。在荷載方面，除了地庫(kù)頂板的自身重力外，還要承受車輛停車位活荷載、室外地面荷載、人防荷載、覆土荷載等，在不同荷載條件下要選擇相應(yīng)的樓蓋體系，從而提升地庫(kù)結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)效益。

2 ?荷載取值

2.1 ?恒荷載、活荷載標(biāo)準(zhǔn)值

本文所對(duì)比的地庫(kù)為地下二層及以下各層情況，也就是地庫(kù)地面處樓蓋。恒荷載對(duì)比中，主要是考慮樓蓋自身重量、50mm建筑面層、設(shè)備管線吊掛三方面的荷載作用，根據(jù)計(jì)算數(shù)值，建筑面層、吊掛荷載分別取1.5kN/m2 ，結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，樓蓋活荷載取值為2.5kN/m2 或4.0kN/m2 。

2.2 ?等效靜荷載取值

由于地庫(kù)的空間較大，在地庫(kù)工程建設(shè)中其抗力級(jí)別通常設(shè)為6級(jí)，在不考慮上層建筑的影響情況下，6級(jí)頂板等效靜荷載值為60kN/m2 。

2.3 ?荷載組合

結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，在荷載組合計(jì)算中，取最不利（最大）的恒荷載與等效靜荷載組合的荷載工況。

（1）柱網(wǎng)選擇。地下車庫(kù)停車方式可以分為兩種，一是垂直式停車;二是雙排背對(duì)背停車?？紤]近些年私家車輛體積越來(lái)越大，為了騰出更多的停車空間，本次設(shè)計(jì)中單車位規(guī)模為5.5[×]2.5m，框架柱截面尺寸為800[×]800mm，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，則停放三輛汽車最小軸寬度為2.5[×]3+0.4+0.4=8.3m。根據(jù)模數(shù)，本文地庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)格為高度3.6m，軸網(wǎng)尺寸8.4[×]8.4m。

（）2樓蓋建模。樓蓋建模采用的計(jì)算機(jī)軟件為PKPM，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度0.10g，地下車庫(kù)抗震設(shè)計(jì)等級(jí)為三級(jí)。為了讓不同荷載作用下結(jié)構(gòu)選型的對(duì)比結(jié)果更加明顯，本次一共建立了5個(gè)柱距的軸網(wǎng)。地下車庫(kù)樓蓋模型規(guī)模為42[×]42m。設(shè)計(jì)模型分別為主梁大板樓蓋、十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋、井字梁樓蓋、無(wú)梁樓蓋，其中無(wú)梁樓蓋上采用了帶柱帽形式，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，無(wú)梁樓蓋的樓板最小厚度不低于200mm。

3 ?工程量對(duì)比

根據(jù)所設(shè)計(jì)的五個(gè)地庫(kù)模型，對(duì)各個(gè)樓蓋模型的鋼筋、混凝土、模板材料用量分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在PKPM軟件中增設(shè)“結(jié)構(gòu)工程量統(tǒng)計(jì)”模塊。

3.1 ?鋼筋用量

通過(guò)對(duì)地庫(kù)鋼筋用量進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，無(wú)梁樓蓋由于自身的特殊性，所以鋼筋用量最小，其次是單向雙道次梁。在荷載較大的條件下井字梁樓蓋鋼筋用量低于十字梁樓蓋鋼筋用量。而在荷載較小的情況下，井字梁樓蓋鋼筋用量與十字梁樓蓋鋼筋用量相差不多。無(wú)論是在荷載較大還是荷載較小的情況下，主梁大板樓蓋的鋼筋用量都要小于井字梁樓蓋和十字梁樓蓋。綜合以上不同荷載情況下受力分析，無(wú)梁樓蓋由于自身空間受力特性，使得其具有受力均勻、傳力路徑短、增設(shè)柱帽后板的計(jì)算跨度減小、鋼筋用量少等優(yōu)勢(shì)，但《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的條文對(duì)無(wú)梁樓蓋有很高的要求，對(duì)板內(nèi)縱筋最小配筋率、縱向受力鋼筋布置等都有嚴(yán)格的規(guī)定，而且施工難度較大，因此在施工技術(shù)過(guò)硬的情況可以選擇無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)有梁樓蓋體系的梁板鋼筋用量分析，十字梁樓蓋總配筋量、梁板配筋量均要高于單向雙道次梁樓蓋。在板配筋建模設(shè)計(jì)中，考慮到雙道次梁樓蓋是把一個(gè)柱距中樓板分為三個(gè)板格，每個(gè)板格計(jì)算跨度等于支座的凈間距，也就是2.4m減去梁寬度。十字梁樓蓋建模設(shè)計(jì)中是把一個(gè)柱距中樓板分為四個(gè)板格，每個(gè)板格計(jì)算跨度為4.2m減去梁寬。在樓板分離式配筋當(dāng)中，兩個(gè)方向板頂鋼筋自梁邊延伸到板內(nèi)長(zhǎng)度不得低于跨度的1/4，單向雙道次梁樓蓋板頂鋼筋配筋長(zhǎng)度低于十字梁樓蓋板頂鋼筋的配筋長(zhǎng)度。

井字梁樓蓋相比其他樓蓋結(jié)構(gòu)，所設(shè)置的次梁數(shù)量最多，所劃分的樓板板格也更小，考慮到規(guī)范中要求樓板厚度不低于200mm，所以在荷載較小的情況下，樓板通常為按照最小配筋率配筋，存在一定的鋼筋浪費(fèi)情況。在荷載較大的情況下，板格要按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算配筋，因此綜合效益更高一些。主梁大板樓蓋板格跨度大、應(yīng)力大，這就在一定程度上增加了鋼筋用量，并且在荷載較大的情況下鋼筋用量會(huì)進(jìn)一步增加。

3.2 ?混凝土用量

對(duì)比不同荷載作用下的混凝土用量，其中混凝土用量最小的是主梁大板樓蓋，其次分別是井字梁樓蓋、十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)，混凝土用量最大的是無(wú)梁樓蓋。在有梁樓蓋體系中，由于增加了次梁，樓板板格數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加，從而使得混凝土用量相應(yīng)減少。從另一個(gè)方面考慮，劃分小板格的同時(shí)還要控制樓板的最小厚度，所以板的混凝土用量可以適當(dāng)減少。所以有梁樓蓋總體混凝土用量最小，不同類型樓蓋的混凝土用量更多是取決于次梁的設(shè)置數(shù)量。

3.3 ?模板用量

模板用量差異的主要因素是側(cè)面模板設(shè)置數(shù)量，也就是梁的數(shù)量越多，其模板使用量也就越大。因此無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)的模板使用量最少，其次是主梁大板樓蓋結(jié)構(gòu)。井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)的模板使用量最大，十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)次之。

4 ?經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

通過(guò)以上對(duì)比不同地庫(kù)結(jié)構(gòu)采用的鋼筋、混凝土、模板材料用量的結(jié)論，即可分析不同樓蓋的造價(jià)情況。本文建筑材料價(jià)格參考當(dāng)?shù)氐摹督ㄔO(shè)工程造價(jià)信息》在2019年的市場(chǎng)信息價(jià)格，混凝土C35價(jià)格為480元/m?、鋼筋價(jià)格為4530元/t、模板價(jià)格為65元/m2 。在不同荷載情況下，無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)造價(jià)均為最低，其次是雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)。剩余的三種樓蓋結(jié)構(gòu)，在荷載較大的條件下井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)的造價(jià)相對(duì)較低，在荷載較小的情況下，主梁大板樓蓋結(jié)構(gòu)的造價(jià)相對(duì)較低。

無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)在鋼筋、模板用量上均比較小，混凝土用量最多。但混凝土價(jià)格較低，鋼筋價(jià)格較高，通過(guò)增加混凝土使用量和減少鋼筋使用量的方法，可以有效減少結(jié)構(gòu)的造價(jià)。再者，無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)可以節(jié)省模板使用量，所以會(huì)進(jìn)一步降低造價(jià)。通過(guò)造價(jià)對(duì)比分析，本文認(rèn)為無(wú)梁樓板由于造價(jià)的優(yōu)勢(shì)，因此可優(yōu)先考慮。

結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，將地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，地上結(jié)構(gòu)頂板要采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)。因此在有梁樓蓋設(shè)計(jì)中，荷載較大的情況下建議選擇單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)和井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)，在荷載較小的情況下，建議選擇單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)和主梁大板樓蓋結(jié)構(gòu)。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合材料用量考慮，由于無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)在鋼筋、模板用量上較小，有效彌補(bǔ)了混凝土用量多的劣勢(shì)，所以在經(jīng)濟(jì)層面上考慮無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)造價(jià)更具優(yōu)勢(shì)。而對(duì)于作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的地下室頂板，在荷載較大時(shí)單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)和井字梁樓蓋結(jié)構(gòu)造價(jià)相對(duì)較低，而在荷載較小時(shí)，單向雙道次梁樓蓋結(jié)構(gòu)與主梁大板樓蓋結(jié)構(gòu)造價(jià)更具優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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