地下車庫柱網(wǎng)及結(jié)構(gòu)選型綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

劉帥，牛家興，曾麗雯，胡文鑫

（1.成都市建筑設(shè)計(jì)研究院，成都 610041；2.成都軌道城市發(fā)展集團(tuán)有限公司，成都 610041）

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車保有量逐年增加，土地資源日漸稀缺，修建地下車庫成為城市建設(shè)中的一種必然選擇。地下車庫的修建涉及土方開挖、基坑支護(hù)、地下室抗浮、頂板覆土綠化等工序，建設(shè)成本遠(yuǎn)高于地上結(jié)構(gòu)，因此，建設(shè)單位對地下室設(shè)計(jì)的合理性及經(jīng)濟(jì)性尤為重視。從方案設(shè)計(jì)階段對地下室建設(shè)成本進(jìn)行概念管控，是一種有效的成本管控方式。合理的地下室方案設(shè)計(jì)是建設(shè)項(xiàng)目成本管控的主要組成部分，也是建設(shè)單位對車庫方案定案的重要依據(jù)。

影響地下室土建成本的因素主要有人防、柱網(wǎng)、層高、結(jié)構(gòu)形式頂板、覆土厚度、地下車庫出入口設(shè)置等。由于項(xiàng)目所在地不同，工程前置條件也不盡相同。本文以成都地區(qū)自然條件為工程背景，結(jié)合當(dāng)?shù)氐恼咭?，并在其他相關(guān)專業(yè)給定合理參數(shù)的前提下，著重從建筑結(jié)構(gòu)角度分析柱網(wǎng)、層高、結(jié)構(gòu)形式、頂板覆土等幾個(gè)對地下車庫經(jīng)濟(jì)效益影響較大的因素，以期得到較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為類似的工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和業(yè)主定案提供參考。

2 柱網(wǎng)及覆土厚度

2.1 地下車庫柱網(wǎng)

依據(jù)JGJ 100—2015《車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]（以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）的要求，地下車庫普通車位尺寸可按2.4 m×5.3 m，雙向車道最小寬度按5.5 m，建筑者按照常用的車位排布給出了3 種不同的柱網(wǎng)，分別為大柱網(wǎng)（8.1 m×7.8 m），中柱網(wǎng)（5.0 m×7.8 m，車道位置6.2 m×7.8 m）和小柱網(wǎng)（5.0 m×5.4 m，車道位置6.2 m×5.4 m），標(biāo)準(zhǔn)布置方案如圖1～圖3 所示。以100 m×100 m矩形平面地下室進(jìn)行車位布置，得出理想狀況下3 種柱網(wǎng)尺寸的停車數(shù)量分別為456 個(gè)（大、中柱網(wǎng)）、444 個(gè)（小柱網(wǎng)），對應(yīng)的停車效率分別為21.93 m2/ 個(gè)（大、中柱網(wǎng)）、22.52 m2/個(gè)（小柱網(wǎng)）。由此可見，大、中柱網(wǎng)的停車效率幾乎完全相同，小柱網(wǎng)停車效率稍差，但差距僅2.7%，可認(rèn)為3 種柱網(wǎng)尺寸下停車效率基本一致。

圖1 大柱網(wǎng)（8.1 m×7.8 m）布置方式

圖2 中柱網(wǎng)（5.0 m×7.8 m）布置方式

圖3 小柱網(wǎng)（5.0 m×5.4 m）布置方式

2.2 頂板覆土厚度

地下室頂板覆土厚度需考慮管線敷設(shè)、景觀設(shè)計(jì)以及當(dāng)?shù)卣呶募纫蛩睾蟠_定。地下室頂板覆土厚度越大，越有利于綠化生長和管線敷設(shè)，可以形成良好的景觀環(huán)境，但過大的覆土厚度余量，也會(huì)直接造成地下室土建成本的增加。因此，頂板覆土厚度的確定應(yīng)權(quán)衡各種因素的利弊關(guān)系，在滿足當(dāng)?shù)卣呶募?guī)定、管線敷設(shè)要求以及景觀綠植生長要求的前提下盡量降低覆土厚度以取得較好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。以成都地區(qū)為例，經(jīng)濟(jì)性較好的頂板覆土厚度一般為1.2～1.5 m。

3 地下室層高

《設(shè)計(jì)規(guī)范》對地下車庫的凈高要求為車位處不小于2.0 m，車道處不小于2.2 m。對于大型地下室，建筑面層厚度一般可控制在0.15 m 以內(nèi)，設(shè)備安裝包括風(fēng)管、噴淋管、電器橋架等，合理的管線綜合設(shè)計(jì)可將安裝高度控制在0.55 m 以內(nèi)。地下室梁高或板厚的確定涉及頂板覆土、柱網(wǎng)、結(jié)構(gòu)形式、梁板配筋率等多個(gè)因素，合理的地下室層高可用數(shù)學(xué)公式表達(dá)為：

式中，x 為覆土厚度，m；y 為地下室層高，m；z 為柱網(wǎng)形式；lp（x，z）為經(jīng)濟(jì)配筋率[2]下的梁高或板厚，影響因素為覆土厚度、柱網(wǎng)形式。

4 結(jié)構(gòu)選型及綜合經(jīng)濟(jì)性對比

4.1 結(jié)構(gòu)選型及對比內(nèi)容

地下室頂板常用的結(jié)構(gòu)形式包括普通梁板形式（單向次梁、井字梁等）、框架梁+（加腋）大板、無梁樓蓋等，設(shè)Qi為不同樓蓋形式下的結(jié)果問題，特定覆土情況下，某種柱網(wǎng)下不同樓蓋形式的最終結(jié)果可用如下函數(shù)表示：Qi=f[x，y(x，z)，z]，最優(yōu)結(jié)果為min(Qi)。在此函數(shù)中，從土建角度是混凝土用量與鋼筋用量的最優(yōu)問題，若干個(gè)初級非線性問題的疊加，通過線性數(shù)據(jù)的比較可以得出特定條件下的最優(yōu)解。

在常用的覆土厚度1.2 m 及1.5 m 2 種情況下，為求得最優(yōu)Qi，過程中仍需對5 種結(jié)構(gòu)形式、3 種柱網(wǎng)尺寸、2 種覆土厚度情況下的30 個(gè)模型進(jìn)行對比分析，計(jì)算量過大且某些結(jié)果可直接判定為非最優(yōu)解[2]。因此，為簡化計(jì)算過程，直接排除非最優(yōu)解，并固定在不同樓蓋形式下的部分變量來求解結(jié)果：

1）對任意一種柱網(wǎng)形式下覆土分別為1.2 m 和1.5 m 的工況進(jìn)行對比，設(shè)置合理層高，對同一結(jié)構(gòu)形式2 個(gè)計(jì)算模型得出何種覆土最優(yōu)，結(jié)果明顯，覆土1.2 m 最優(yōu)。

2）單向雙次梁下覆土1.2 m，合理層高工況下，對3 種柱網(wǎng)進(jìn)行綜合對比。通過3 個(gè)計(jì)算模型結(jié)果得出何種柱網(wǎng)為最優(yōu)。

3）覆土1.2 m 并采用最優(yōu)柱網(wǎng)，合理層高，比較5 種頂板結(jié)構(gòu)形式。通過5 個(gè)計(jì)算模型得出頂板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)劣順序。

本文重點(diǎn)分析對比以下6 個(gè)方面的用量及成本：（1）基礎(chǔ)（含底板）；（2）錨桿；（3）主體混凝土；（4）主體用鋼量；（5）挖方量；（6）填方量。

4.2 計(jì)算參數(shù)及材料強(qiáng)度

以成都地區(qū)自然條件為工程背景，采用盈建科計(jì)算分析軟件，主要計(jì)算參數(shù)為：

抗震設(shè)防烈度：7 度（0.1g）；設(shè)計(jì)地震分組：第三組；特征周期：0.45 s；場地類別：Ⅱ類；抗浮設(shè)防水位：-1.0 m；恒載：覆土容重18 kN/m3；活載：綠化荷載5.0 kN/m2，消防車道，依據(jù)荷載規(guī)范[3]表5.1.1 取值并考慮相應(yīng)折減系數(shù)；基礎(chǔ)持力層：稍密卵石層，地基承載力特征值fak≥320 kPa。

材料強(qiáng)度：梁、板、墻、柱混凝土強(qiáng)度等級C35，基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度C30；梁縱向受力鋼筋HRB500（四級鋼），其余鋼筋均采用HRB400（三級鋼）[3]。

4.3 同等設(shè)計(jì)條件下不同柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性對比

覆土厚度1.2 m，單根錨桿按6.5 m 標(biāo)準(zhǔn)長度計(jì)算，頂板采用普通梁板體系，單向雙次梁布置，在保證梁、板經(jīng)濟(jì)配筋率[3]的前提下，頂板厚度160 mm，底板厚度400 mm，大、中、小柱網(wǎng)對應(yīng)的主梁高度分別為0.85 m、0.7 m、0.6 m，層高分別為3.75 m、3.6 m、3.5 m，基礎(chǔ)高度分別為0.6 m、0.55 m、0.5 m。各種材料用量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同柱網(wǎng)綜合計(jì)算對比

依據(jù)目前市場材料及施工成本，混凝土成本單價(jià)650 元/m3，鋼筋5 500 元/t，錨桿270 元/m，挖方4 元/m3，回填12 元/m3，綜合計(jì)算不同柱網(wǎng)尺寸下總費(fèi)用分別為：大柱網(wǎng)1 057 萬元，中柱網(wǎng)979 萬元，小柱網(wǎng)893 萬元。相對大柱網(wǎng)布置，中、小柱網(wǎng)土建成本分別可節(jié)約7.4%、15.5%。由此可見，同等設(shè)計(jì)條件下，柱網(wǎng)越小，土建成本越低。

4.4 同等設(shè)計(jì)條件下不同頂板結(jié)構(gòu)形式經(jīng)濟(jì)性對比

采用中柱網(wǎng)尺寸5.0 m×7.8 m，覆土厚度1.2 m，單根錨桿按6.5 m 標(biāo)準(zhǔn)長度計(jì)算，頂板結(jié)構(gòu)形式分別采用模型：①單向雙次梁；②井字梁；③加腋大板；④普通大板；⑤無梁樓蓋。在保證梁、板經(jīng)濟(jì)配筋率[3]的情況下，下頂板厚度：模型①和模型②為160 mm，模型③為200 mm，模型④和模型⑤為250 mm；主梁高除模型⑤外均為0.7 m；層高模型①～模型④為3.6 m，模型⑤為3.25 m；獨(dú)基高度各模型均為0.55 m，底板厚度各模型均為400 mm。各種材料用量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同頂板形式綜合計(jì)算對比

綜合計(jì)算后不同結(jié)構(gòu)形式下總費(fèi)用分別為：①單向次梁979 萬元；②井字梁1 019 萬元；③加腋大板1 001 萬元；④普通大板1 031 萬元；⑤無梁樓蓋982 萬元。相對單向次梁布置，井字梁、加腋大板、普通大板、無梁樓蓋土建成本分別增加4.1%、2.2%、5.3%、0.3%。由此可見，同等設(shè)計(jì)條件下，采用單向次梁與無梁樓蓋成本幾乎相同且相對其他結(jié)構(gòu)形式成本最優(yōu)，但整體相對差距并不大（最大差距約5%）。

5 結(jié)論及建議

通過對3 種柱網(wǎng)尺寸、2 種覆土工況及5 種常見頂板結(jié)構(gòu)形式的綜合對比分析，可以得到如下結(jié)論：

1）本文建議的3 種柱網(wǎng)在停車效率上接近，綜合造價(jià)方面采用小柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，中柱網(wǎng)次之，大柱網(wǎng)最差。但小柱網(wǎng)柱間距較小，柱子數(shù)量較多，對樓盤品質(zhì)會(huì)有一定影響。一般情況下，建議采用中柱網(wǎng)，既可滿足品質(zhì)要求，也可以取得較好的經(jīng)濟(jì)性。

2）從綜合造價(jià)角度，地下室頂板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)選無梁樓蓋、框架梁+單向次梁及框架梁+加腋大板。但近年來，在建采用無梁樓蓋的項(xiàng)目發(fā)生多起頂板坍塌事故，其原因涉及多方面因素。因此，考慮各種不確定因素，建議有覆土的頂板結(jié)構(gòu)形式優(yōu)選加腋大板或單向次梁，對使用及施工荷載較小的負(fù)2 層及以下的地下室樓層可優(yōu)先選用無梁樓蓋。

本文以成都地區(qū)自然條件為工程背景進(jìn)行計(jì)算分析，可為該地區(qū)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和業(yè)主定案提供參考依據(jù)。全國其他地區(qū)或者實(shí)際工程情況發(fā)生變化時(shí)，也可參照本文分析思路進(jìn)行對比論證，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。