大柱網(wǎng)地下車庫頂板結(jié)構(gòu)布置方案對比

潘 奇

（中國建筑設(shè)計研究院有限公司綠色建筑設(shè)計研究院，北京 100120）

0 引言

近年來，隨著城市人口急劇增長，人們對生活需求品質(zhì)的不斷提高，以及對環(huán)境治理的高度重視，車庫成為住宅、商業(yè)、辦公等建筑的標(biāo)準配置，而且隨著車庫數(shù)量的增加，建設(shè)方對車庫的經(jīng)濟性及功能性要求越來越高?，F(xiàn)階段為滿足建筑及設(shè)備的功能需求，以及業(yè)主對高品質(zhì)的追求，工程設(shè)計中采用大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式較普遍。為更好地對大柱網(wǎng)地下車庫頂板及地上結(jié)構(gòu)頂板進行功能合理性及造價經(jīng)濟性的控制，通過對幾種大柱網(wǎng)樓蓋形式的對比分析，并結(jié)合工程案例探討各種方案的應(yīng)用性，為大柱網(wǎng)地下車庫頂板結(jié)構(gòu)布置方案選擇提供研究和設(shè)計依據(jù)。

1 工程概況

北京某項目地震設(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/m2，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。

圖1 地下車庫建筑平面

2 頂板結(jié)構(gòu)布置方案比選

計算時選取標(biāo)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（見圖2）。并通過截面、配筋率、鋼筋量及混凝土量及經(jīng)濟性計算對比分析，以及5種梁布置方案的計算分析（見表1），探討如何選擇適合特定工程實際的梁布置方案。

表1 利用YJK計算軟件進行對比分析及統(tǒng)計

圖2 頂板結(jié)構(gòu)布置方案

2.1 大板方案

大板布置方案中僅有4根10m跨主框架梁受力。通過YJK軟件計算及結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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(dān)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；但由計算機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，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；由數(shù)據(jù)分析可知，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。因此在工程設(shè)計選擇樓蓋方案時，僅考慮造價，大板方案不是最佳選擇。但大板方案因其均勻的受力性能，使主梁截面較小，若為更好提高建筑凈高，滿足設(shè)備等管線綜合，可優(yōu)先選擇大板方案。

2.2 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。通過YJK軟件計算及結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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(dān)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，但縱向主梁因為大部分荷載被橫向主梁分擔(dān)，因此縱向主梁截面較小。由計算機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，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；由數(shù)據(jù)分析可知，板的造價占據(jù)總造價的60%左右。但單次梁方案的造價總體比大板方案總價約低55元/m2。因此在工程設(shè)計選擇樓蓋方案時，僅考慮造價，單次梁方案優(yōu)于大板方案。但單次梁方案因其雙向板受力，大部分荷載傳到橫向主梁，使橫向主梁截面較大，若為更好提高建筑凈高，滿足設(shè)備等管線綜合，則不能選擇單次梁方案。

2.3 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。通過YJK軟件計算及結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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(dān)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(dān)，因此縱向主梁截面較小。相較單次梁布置方案，分割板塊更細化，縱向次梁相對單次梁方案次梁截面更小，而且由于梁布置的細化，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。由計算機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，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。但雙次梁方案的造價總體相對大板方案總價低60元/m2，與單次梁比較稍微降低，但相差不大。但相對單次梁方案的優(yōu)勢在于，同樣的造價，雙次梁方案的梁截面高度更小。因此在工程設(shè)計選擇樓蓋方案時，僅綜合考慮造價及建筑功能，雙次梁方案優(yōu)于大板方案及單次梁方案。雙次梁方案能更好地提高建筑凈空，滿足設(shè)備等管線綜合。

2.4 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。通過YJK軟件計算及結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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(dān)小塊樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故十字梁方案的梁截面相對較小即可滿足受力要求；相較雙次梁方案，其優(yōu)點在于受力的均勻傳遞，使整體梁高降低，整體提升建筑凈空；相較大板結(jié)構(gòu)能有效控制板厚，從而更好地控制造價，保證經(jīng)濟性。由計算機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，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。十字梁方案的總體造價高于雙次梁方案但低于大板方案。因此在工程設(shè)計選擇樓蓋方案時，綜合考慮造價及整體提升建筑凈空可優(yōu)先選擇十字梁布置方案。

2.5 井字梁布置方案

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。通過YJK軟件計算及結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可知：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，類似于微小的十字梁板，4根主梁均勻分擔(dān)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，很容易滿足受力要求；相較雙次梁方案、十字梁方案，其優(yōu)點在于受力均勻傳遞，使整體梁高大幅降低，更有效提升整體建筑凈空；相較大板結(jié)構(gòu)能有效控制板厚，由于梁布置密集，整體造價提高很大。由計算機統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可知，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。井字梁方案總體造價高于大板、雙次梁、井字梁方案，但能有效提高樓蓋整體剛度，降低整體梁截面，提高建筑有效凈空。因此在工程設(shè)計選擇樓蓋方案時，綜合考慮造價及整體提升建筑凈空，該方案不如十字梁方案及大板方案。

3 結(jié)語

由上述YJK計算結(jié)果對比分析可知，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。但具體工程設(shè)計應(yīng)根據(jù)實際客觀需要，選擇適合特定項目的樓蓋布置形式，把握工程設(shè)計核心，不斷探索和研究，以嚴謹求實的態(tài)度，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。