地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

【摘要】近年來，隨著城市化進程的加快，我國土地資源日益緊張，地下空間成為當前建筑工程建設(shè)中的可利用資源，建筑工程地下室設(shè)計也受到了人們的高度關(guān)注。本文就地下室頂板設(shè)計進行探究，首先闡述了頂板結(jié)構(gòu)體系分類，其次分析了設(shè)計內(nèi)容，然后結(jié)合實例論述設(shè)計方案，旨在為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】建筑工程;地下室;頂板結(jié)構(gòu);設(shè)計? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.044

1、引言

開發(fā)并利用地下空間成為城市規(guī)劃發(fā)展的主要方向，高層建筑工程日益增多，為提供空間利用率，設(shè)置地下室成為了最為有效的方式。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計中，頂板屬于地上結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，需根據(jù)工程實際情況進行方案比選，選擇最佳方案，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及工程的經(jīng)濟性。

2、地下室頂板結(jié)構(gòu)概述

當前地下室頂板結(jié)構(gòu)主要包括井字梁體系、十字梁體系、單向梁體系、大板加腋體系等。其中井字梁體系、十字梁體系和大板加腋體系要求主框梁高度和結(jié)構(gòu)總厚度為800mm，單向梁體系則是要求900mm，無梁樓蓋體系和空心無梁樓蓋體系結(jié)構(gòu)總厚度分別為350mm和500mm。而一般來說井字梁體系、十字梁體系和大板加腋體系對應(yīng)的地下室高度是3.75m，單向梁體系對應(yīng)的地下室高度為3.85m，無梁樓蓋體系對應(yīng)的地下室高度為3.3m，以及空心無梁樓蓋體系對應(yīng)的地下室高度為3.45m。因為高層建筑工程對于地下室的建設(shè)要求有所差異，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)出具多個方案，就頂板結(jié)構(gòu)的性能、造價等進行比選，選擇最佳方案。

3、地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

地下室頂板處于連接地下室和上層建筑的貼合部位，頂板結(jié)構(gòu)的質(zhì)量對建筑的整體質(zhì)量具有顯著影響，所以須重視地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計。地下室頂板結(jié)構(gòu)的覆土不得小于設(shè)備管線及土層保護高度，以充分保護設(shè)備管線，防止管線在工程建設(shè)中受損。另外，設(shè)計中須重視地下室頂板結(jié)構(gòu)的承載力，設(shè)計人員要全方位考慮建筑物的高度、使用功能和結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境。在具有特定功能的建筑設(shè)計中，設(shè)計人員須高度重視建筑的防爆性能，地下室爆破動力要滿足消防車作用板面爆破動力的要求。

4、實例分析

某項目地震設(shè)防烈度為8度（0.2g），第二組，Ⅱ類場地;地下車庫抗震等級為三級;車庫平面如圖1所示，地下3層車庫，覆土厚度2m，活荷載取10kN/m，不考慮消防車活荷載。柱網(wǎng)分布較為均勻，為滿足大空間功能的建筑需求，柱網(wǎng)間距多為10m×10mm，柱截面選取900mm×900mm，板、梁及柱材料均選用C30混凝土、HRB400鋼筋。

4.1頂板結(jié)構(gòu)布置方案比選

計算時選取標準跨的5種梁布置方案，分別為大板方案、單次梁方案、雙次梁方案、十字梁方案、井字梁方案。

4.1.1大板方案

大板布置方案中僅有4根10m跨主框架梁受力，如圖2。大板結(jié)構(gòu)方案受力形式為雙向板四邊傳力，4根主梁均勻分擔樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故大板方案的梁截面相對較小即可滿足受力要求;大板方案板厚、板的配筋率及鋼筋用量特別大，而且板的鋼筋量占總鋼筋量的50%左右，板的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的67%左右;板的造價占據(jù)總造價的55%左右，且大板方案造價總體較高。

4.1.2單次梁方案

單次梁布置方案中沿縱向板跨中間布置1道次梁，將板塊分為2個5m×10m的板塊。單次梁方案結(jié)構(gòu)受力形式為非均勻受力，為長寬比為2的雙向板傳力，大部分力傳到橫向主梁上，橫向主梁分擔大部分樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故單次梁方案的橫向梁截面相對較大方可滿足受力要求;單次梁方案梁鋼筋用量較大板方案增加很多，而且梁的鋼筋用量占總鋼筋量的64%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的46%左右;板的造價占據(jù)總造價的60%左右。

4.1.3雙次梁方案

單次梁布置方案將整個板塊劃分為縱向3塊等分的單向板塊，尺寸為3.33m×10.00m。雙次梁方案結(jié)構(gòu)受力形式為非均勻受力，為長寬比大于3的單向板傳力體系，大部分力傳到橫向主梁上，橫向主梁分擔大部分樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故雙次梁方案的橫向梁主截面相對較大才能滿足受力要求，但縱向主梁因為大部分荷載被橫向主梁分擔，因此縱向主梁截面較小。由于梁布置的細化，使整塊板整體剛度得到大幅提升，變形得到很好的控制，故其縱向主梁及橫向主梁截面均小于單次梁截面。雙次梁方案梁鋼筋用量同樣占較大比例，梁的鋼筋用量占總鋼筋量的77%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的52%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，梁的造價占據(jù)總造價的70%左右。

4.1.4十字梁布置方案

十字梁布置方案將大板沿中間劃分為4塊等分的小板塊。十字梁方案結(jié)構(gòu)受力形式為4塊長寬比為1的雙向板均勻向四邊傳力，類似于微小的大板，4根主梁均勻分擔小塊樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，滿足受力要求;十字梁方案梁鋼筋用量特別大，而且梁的鋼筋量占總鋼筋量的72%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的54%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，板的造價占據(jù)總造價的67.3%左右。

4.1.5井字梁布置方案

圖3 井字梁結(jié)構(gòu)布置方案

井字梁布置方案將整個大板塊均分為16個2.5m×2.5m的小板塊，如圖3。井字梁方案結(jié)構(gòu)受力形式為16塊長寬比為1的雙向板均勻向四邊傳力，4根主梁均勻分擔每塊小板傳來的覆土、人行、種植等荷載，由于梁布置的密集，整體大幅提高板塊剛度，故十字梁方案的梁截面相對很小，滿足受力要求;井字梁方案梁鋼筋用量尤其大，而且梁的鋼筋量占據(jù)總鋼筋量的79%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的64.2%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，梁的造價占據(jù)總造價的75%左右。

4.2比選結(jié)果

從經(jīng)濟性上考慮，雙次梁布置是優(yōu)先選擇的方案;由提升建筑凈空幅度最大的方面考慮，大板方案是優(yōu)先選擇方案。由實際工程綜合考慮，十字梁方案經(jīng)濟性上優(yōu)于比大板方案，在提升建筑凈空能力上優(yōu)于雙次梁方案，可考慮十字梁方案作為最優(yōu)選擇。

結(jié)束語：

綜上所述，地下室的頂板是與上層建筑連接的重要結(jié)構(gòu)，在設(shè)計地下室頂板結(jié)構(gòu)時，要結(jié)合地下室與上層建筑協(xié)同設(shè)計的原則，對設(shè)備的管線高度進行綜合分析研究，確保頂板厚度符合設(shè)計要求。同時，計算地下室頂板承載力時要結(jié)合建筑功能綜合分析，同時還要考慮施工中可能存在的環(huán)境影響因素，實現(xiàn)建筑功能上的合理性、最優(yōu)性，以及確保受力上的合理性、可靠性、最優(yōu)性，最終實現(xiàn)建設(shè)方的投資收益及價值。

參考文獻：

[1]張俊霞.建筑工程地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析與探討[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2020，47（14）：3-5.

[2]楊春蕊.地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計多方案經(jīng)濟性的探討[J].城市建筑，2020，17（20）：191-192.

[3]張潔靜，顧永騰，陳偉.某地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟效益研究[J].住宅科技，2016，36（07）：20-22.

[4]程秀菊，能肖文.大底盤建筑組團地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計探討[J].山西建筑，2012，38（02）：47-48.

[5]滿建政.某地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案比較[J].四川建材，2015，41（03）：39+41.

[6]齊小宏，王龍，徐光標，周朝慧，田興華，陳發(fā)，楊吉星.普通住宅地下室預(yù)應(yīng)力頂板優(yōu)化設(shè)計與應(yīng)用研究[J].廣東土木與建筑，2020，27（01）：50-52.

作者簡介：

曾亮（1991-），男，湖南長沙人，本科，工程師，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。