地下室頂板樓蓋類型對比研究

□ 徐麗麗 陳建輝

1?引言

隨著我國城市化的快速發(fā)展，地下空間開發(fā)利用也越來越多。在高層住宅項目建設(shè)中，開發(fā)商越來越重視對地下室的成本控制。地下室頂板樓蓋類型眾多，適用性與經(jīng)濟(jì)性各有千秋，如何選擇最佳的樓蓋類型，既滿足規(guī)范要求的安全性，又達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)成本預(yù)期，成為困擾設(shè)計人員的難題。有學(xué)者通過單因素敏感性分析，得出城市地下車庫頂板采用預(yù)應(yīng)力筋的無梁樓蓋具有優(yōu)勢[1]；也有學(xué)者在層高、柱距、覆土厚度等確定的前提下，分析認(rèn)為單向雙道次梁的樓蓋布置體系最經(jīng)濟(jì)[2]，可見樓蓋的經(jīng)濟(jì)效果取決多種因素。本文以地下室頂板樓蓋其中的三種類型：無梁樓蓋、梁板式（單向雙次梁）、梁板式（雙向雙次梁）為研究對象，并為了更具有通用性和參考價值，摒除其他影響因素，構(gòu)建結(jié)構(gòu)計算模型，從樓層層高、采光開洞、對上部園林影響、含鋼量、混凝土用量、模板用量及綜合單價進(jìn)行對比分析，得出一定的結(jié)論，以期為類似工程提供參考。

2??計算模型參數(shù)設(shè)定

2.1 模型基礎(chǔ)參數(shù)

地下室層高初定為3.45m，選取柱網(wǎng)8m×8m。擬對比分析樓蓋類型為無梁樓蓋、梁板式（單向雙次梁）、梁板式（雙向雙次梁）。

2.2 試算假定條件

地下室頂部覆土1.2m，考慮重度18kN/m3，則恒載選擇為21.6kN/m2；普通區(qū)域活荷載5.0kN/m2；消防車道、撲救面的活荷載20kN/㎡；抗震設(shè)防烈度為7o，地震加速度為0.1g；框架柱截面尺寸600mm×600mm，采用任何形式樓蓋對柱的設(shè)計無差異，計量不計入；梁柱縱筋均采用HRB400，箍筋采用HRB400。

地下室頂板不同樓蓋選型的主要結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

3??樓蓋的計算結(jié)果對比

通過PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算，在滿足安全性條件下，按施工慣例對配筋進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后，不同樓蓋選型下，地下室頂板的主要結(jié)構(gòu)尺寸及配筋量如下。

表1 不同樓蓋類型構(gòu)件截面尺寸及材料

3.1 無梁樓蓋計算結(jié)果

無梁樓蓋考慮消防車荷載情況下，板底貫通筋設(shè)計為雙向14@100，板面貫通筋雙向16@200，柱帽區(qū)域附加雙向22@200的面筋，具體配筋圖見圖1。無消防車荷載區(qū)域，板底貫通筋柱上板帶設(shè)計為雙向16@200，跨中板帶為雙向14@200，板面貫通筋x向14@200，y向16@200，柱帽區(qū)域附加雙向16@200的面筋，具體配筋圖見圖2，板厚均為300mm。

圖1 消防車荷載區(qū)，無梁樓蓋配筋

圖2 無消防車荷載區(qū)，無梁樓蓋配筋圖

3.2 單向雙次梁樓蓋計算結(jié)果

按表1的梁板尺寸進(jìn)行梁結(jié)構(gòu)分析計算，最終在滿足安全性條件下（梁即將超筋），考慮消防車荷載的梁板配筋，板面雙向配貫通筋10@170，板底x向10@110，y向10@170，次梁面附加部分鋼筋（見圖3）；在無消防車荷載區(qū)，板面雙向配貫通筋10@170，板底雙向配貫通筋10@170（見圖4），板厚均為180mm，主梁尺寸大，次梁尺寸也大。

圖3 消防車荷載區(qū)，單向雙次梁樓蓋配筋圖

圖4 無消防車荷載區(qū)，單向雙次梁樓蓋配筋圖

3.3 雙向雙次梁樓蓋計算結(jié)果

按表1的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算，在滿足安全性條件下，考慮消防車荷載的配筋，板面、板底雙層雙向配貫通筋10@170（見圖5）；在無消防車荷載區(qū)，板面、板底依然雙層雙向配貫通筋10@170，梁配筋少（見圖6），板厚均為180mm。

圖5 消防車荷載區(qū)，雙向雙次梁樓蓋配筋圖

圖6 無消防車荷載區(qū)，雙向雙次梁樓蓋配筋圖

4??頂板樓蓋的結(jié)果對比

4.1 消防通道區(qū)域，地下室頂板不同樓蓋選型的對比

通過對消防通道區(qū)域，不同樓蓋選型的樓層凈高、采光、對上部園林影響、含鋼量、混凝土用量、模板用量及綜合單價進(jìn)行對比，對比結(jié)果見表2。

分析表2，得出如下結(jié)論：

（1）無梁樓蓋鋼筋用量最高；荷載大時單向雙次梁樓蓋比普通井字梁樓蓋鋼筋用量稍大；無梁樓蓋混凝土用量最大，單向雙次梁與普通井字梁樓蓋方案相差不大。無梁樓蓋模板用量最小，單向雙次梁與普通井字梁樓蓋方案相差不大。

（2）三種方案的中無梁樓蓋的凈高最大，考慮管線占用高度650mm，地坪做法50mm后：無梁樓蓋凈高2.45m（2.5m×2.5m柱帽下凈空1.95m，故大型管道應(yīng)充分考慮避讓）；梁板樓蓋凈高1.95m，層高3.45m無法滿足通行要求，實際工程應(yīng)采取更高的層高。

（3）普通梁板式樓蓋可以靈活的布置頂板開洞位置，對上部園林的影響較小；無梁樓蓋對開洞位置有嚴(yán)格限制。

（4）梁板式樓蓋的塑性破壞機(jī)制更加合理，極限承載力大，對施工階段局部、短暫性超載的適應(yīng)力強(qiáng)；無梁樓蓋受沖切承載力控制，超載會發(fā)生嚴(yán)重后果（國內(nèi)外均有大量案例）。

（5）綜合單方造價，無梁樓蓋高出約20%；荷載大時，單向雙次梁截面大、配筋大（接近超筋），綜合造價比雙向雙次梁樓蓋高約3.5%。

4.2 非消防通道即普通區(qū)域，地下室頂板不同樓蓋選型的對比

對比普通區(qū)域，不同樓蓋選型的各項，對比結(jié)果見表3。

分析表3，得出如下結(jié)論：

（1）無梁樓蓋鋼筋用量最高，荷載小時單向雙次梁樓蓋比普通井字梁樓蓋鋼筋用量小，無梁樓蓋混凝土用量最大，單向雙次梁比普通井字梁樓蓋方案略小。無梁樓蓋模板用量最小，單向雙次梁與普通井字梁樓蓋方案相差不大。

表2 消防通道、撲救面樓蓋選型的對比成果表

表3 普通區(qū)域樓蓋選型的對比成果表

（2）三種方案的中無梁樓蓋的凈高最大。

（3）普通梁板式樓蓋可以靈活的布置頂板開洞位置，對上部園林的影響較小。無梁樓蓋對開洞位置有嚴(yán)格限制。

（4）綜合單方造價，無梁樓蓋高出約10%；荷載小時，單向雙次梁鋼筋用量及混凝土量均低于雙向雙次梁，綜合造價比雙向雙次梁樓蓋約低10%。

5??結(jié)語

通過以上對無梁樓蓋、單向雙次梁、雙向雙次梁三種地下室頂板樓蓋類型的樓層凈高、采光開洞、對上部園林影響、含鋼用量、混凝土用量及綜合單價進(jìn)行對比，可以得出如下結(jié)論：

（1）無梁樓蓋獲得的建筑凈高最大，但頂板開洞區(qū)域受限制，土建綜合造價最高，比梁板類樓蓋高10%～20%，荷載越大差距越明顯。

（2）單向雙次梁樓蓋，在荷載適當(dāng)?shù)亩鄶?shù)情況下，土建造價最低，比雙向雙次梁低10%左右；但隨著荷載增大，單向受力的截面設(shè)計越發(fā)不合理，造價隨之上升，與雙向雙次梁趨近，建筑的凈高也難以控制。

（3）雙向雙次梁經(jīng)濟(jì)性稍差，但頂板開洞布置靈活，極限承載力高，施工過程可靠，在荷載較大時構(gòu)件截面可控性較好。

（4）以上三種樓蓋類型在實際工程中均有應(yīng)用，綜合考慮施工情況、荷載集度、綜合造價與建筑需求，上述幾種樓蓋方案各有利弊。設(shè)計人員在選擇時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時當(dāng)?shù)鼐唧w情況，結(jié)合建筑需求，按以上結(jié)論進(jìn)行優(yōu)選。

（5）以上對比得出的綜合單價結(jié)論僅僅針對的是這一案例，而不同的樓蓋類型在具體工程中，可能還會影響到基礎(chǔ)部分的造價，如無梁樓蓋結(jié)構(gòu)可有效地降低地下車庫的層高并減小水浮力，降低抗拔樁的數(shù)量和挖方量, 從而達(dá)到降低工程造價的目的[3]，同時荷載大小不同，樓蓋經(jīng)濟(jì)效果是有區(qū)別的，因此對于多層地下車庫，可針對消防考慮車荷載區(qū)域與不考慮消防車荷載區(qū)域，選擇不同樓蓋類型。