談如何在設計中控制地下室結構含鋼量

李春平

(南京地下工程建筑設計院有限公司，江蘇 南京 210029)

0 引言

近幾年房地產市場異常火爆，各個開發企業都在進行市場的擴張。為了節約成本開發企業通常會提出一定的“含鋼量”要求，有時甚至會將此類要求寫入合同，俗稱“限額”設計。對此，設計人員很無奈但又不得不絞盡腦汁求得最優化的設計。鑒于此，筆者總結了一些在設計中可以用以控制地下室結構含鋼量的方法，以供大家共同研究、探討。

1 主動參與建筑方案設計

以往結構設計人員通常是在建筑方案已經基本確定后才開始介入設計，很多大的方向都已經確定，加之設計周期的限制，大的調整往往已不現實，所以明知結構布置不合理也只能勉強為之，導致結構設計上的不經濟。

而事實上，一個設計作品“含鋼量”的多少，往往已由建筑設計所決定，結構設計師所能做的只是通過專業知識對建筑的布置合理的優化，減少結構用鋼量。要達到經濟合理的含鋼量，首先就要求結構工程師在建筑方案階段就能積極介入，從全局上把握地下室的整體布局，尋求主動，協助建筑師做出建筑和結構相互協調并相得益彰的布置方案。

2 結構方案設計中應控制的參數

平面布置:建筑平面布置上應力求方正，盡量避免出現不規則平面，這就可以不需要或少布置抗扭構件，從而降低鋼筋的使用量;控制平面長寬比，平面長寬比較大的建筑物，由于兩主軸方向的整體剛度相差甚遠，在水平力作用下，兩向構件受力的不均勻性造成配筋不均，會增加鋼筋用量。房間(板塊)分隔不要相差太大，相鄰板塊相差越大也會導致計算負筋增大。

柱網:柱網尺寸均勻，可以使柱、梁、板構件的受力合理，從而降低構件的用鋼量。最常見的單建掘開式地下汽車庫可按長短跨8 000×5 000～6 600布置，經比較在保證相同停車數量的前提下，可以比目前常用的8 000×8 000(8 400×8 400)柱網節省更多的梁板配筋。

層高:層高不宜過高，過高的層高不僅會導致底板及側墻等配筋的增加，還可能導致結構抗浮不夠，從而大大的增加結構造價。地下自走式汽車庫層高主要受庫內凈高、設備管線、結構梁高等影響，按經驗一般可以控制在3.7 m～3.8 m(復式汽車庫為4.4 m～4.5 m)。加強結構與設備專業以及設備專業之間的溝通和協調，盡可能使高度較大的風管等設備管線從梁高較小處通過。對變配電間、消防泵房等對層高要求較高的部位采用局部改變層高及設置設備吊裝孔等辦法可以降低結構整體高度。

地下水位:應考慮場地地形、周邊道路布置并結合地質報告確定合理的水位高度。位于坡地的地下室可以采用設置盲溝(設計盲溝要永久有效)的方法降低抗浮水位。

覆土:覆土高度由地勢變化、景觀及管網分布等因素決定。因此，與景觀設計專業的溝通協調同樣重要。景觀應分片分區設計，覆土一般要求草坪300 mm～400 mm，普通喬木1 000 mm，要種大樹可采用局部堆土方式，但總體覆土不宜超過1 200 mm。景觀設計還應結合綜合管網走向，主要管網可采取局部降板方法處理;室外地面、頂板、底板排水坡度應盡量一致，如遇坡地可分段設計。

荷載:荷載計算值的選取是否準確關系到整個工程的含鋼量是否正常。對于GB 50009-2001建筑結構荷載規范(2006版)第4.1.2條所列可折減的項目，應嚴格按所列系數折減。而消防車荷載(應盡量避開地下室頂板)可根據覆土厚度折減。荷載的計算應盡量精確，做到不漏算、不重算、不多算、不錯算。荷載取值應嚴格按照最新版荷載規范取用，不宜擅自放大。對于一些特殊功能要求的地下室，應會同甲方共同測算荷載的取值。

混凝土強度等級:如無特殊情況人防地下室結構墻、板盡量不要采用C40及以上強度混凝土，因為人防結構中有很多地方的鋼筋為最小配筋率控制。C40及以上混凝土的鋼筋最小配筋率為0.3%，無形中會增加大量鋼筋。

鋼筋:盡量采用高強度鋼筋HRB400，HRB500。

前試樁:所謂“前試樁”即為在工程樁施工前先進行試樁，并以此確定單樁極限承載力。一般設計圖紙中單樁承載力均按照地質報告給出的數據估算得到，通過“試樁”可以較準確的確定單樁承載力，而且往往試樁的數據要高于預估算數據，按照試樁的數據重新調整樁長及配筋往往可以收到可觀的經濟效益。

頂底板結構形式:頂板，有梁，無梁。底板，有樁，無樁。一個結構形式的好壞以及經濟與否需要通過工程多個方面的綜合性比較，不可妄下結論。

結構概念設計:設計人員應根據規范和經驗采取符合實際情況的計算模型，必要時采用手算復核。由于電算程序存在不完善之處，當計算結構出現超筋或報錯等提示時，應當仔細分析超筋信息究竟是什么指標超限。許多時候計算超限并不一定是構件強度不足，而是因為結構平面或豎向不規則所引起的應力集中，導致產生薄弱部位。按照結構設計的基本概念需要仔細分析，采取有針對性的措施，就能夠得到比較理想的結果。此時可不必嚴格按照程序計算結果配筋。

3 精細化設計

板:板配筋應盡量采用通長筋最小配筋率外加附加鋼筋的形式，不同跨度板附加鋼筋長度不同，可在合理的范圍內細化，節省不必要的鋼筋。

梁:適當減小頂板梁的架立鋼筋，減小梁的歸并系數，控制梁高以達到合理配筋率1.0%～1.5%。不要隨意放大框架梁的配筋，特別是支座配筋，避免出現“強梁弱柱”的結構。鋼筋可采用兩種直徑的鋼筋搭配配筋，使配筋面積盡量接近計算及構造要求。相鄰跨縱筋應考慮貫通，避免用不同直徑鋼筋在支座處分別錨固，使節點區鋼筋重疊，造成浪費。梁柱重疊部分按剛域考慮可降低梁的配筋，若不考慮剛域影響時梁負筋可按柱邊彎矩配筋。頂底板梁布置時不必每幅墻下都布置梁，有時一些小板塊上的隔墻，即使把隔墻荷載等效為板面荷載，其計算結果也僅為構造配筋。板跨小、布梁多用鋼量肯定會增多，而且可能使樓面荷載多次傳遞，造成受力不合理。

外墻:地下室外墻承載力按壓彎構件計算。當地下室開挖施工設有剛性支護樁時，土壓力可取靜止土壓力乘以折減系數0.66;抗裂驗算可取常水位，混凝土保護層厚度可按GB/T 50476-2008混凝土結構耐久性設計規范中規定的30 mm進行裂縫寬度驗算;墻頂、多層地下室頂板標高處及墻底可不設梁和暗梁;墻體可根據受力情況采用分離式配筋。對于人防結構外墻不要為了減少含鋼量而輕易地考慮增加截面的厚度，因為減小結構受力配筋的同時可能會因厚度加大而增加人防構造配筋，可能會得不償失。

樓梯:樓梯要根據實際情況采用不同結構形式。在一些工程中我們經常可以看到一些跨度較大的樓梯仍用板式，實際上當跨度大于3 m時改用梁式樓梯可節省一部分鋼筋用量。人防地下室的樓梯分為主要出入口和次要出入口，次要出入口樓梯不必考慮人防荷載。

人防門門框墻:人防門分為防護密閉門和密閉門，兩者在受力和功能上都有很大區別。防護密閉門直接承受人防荷載，應按照人防門框墻等效荷載按照懸臂構件進行計算，并根據懸臂的長度分檔次配筋，不可統一取大值。密閉門只考慮核爆動余壓，一般情況下按人防最小配筋率即可滿足要求，不必按防護密閉門門框墻一樣配筋。

4 結語

要在鋼筋混凝土結構設計中節省用鋼量，就必須全方位行動，宏觀上給予定性掌握，微觀上給予定量控制。總而言之，首先建筑形體在滿足使用功能的前提下要為結構合理布局創造條件;其次結構布置和構件截面選擇在滿足結構和構件受力變形合理的前提下要有利于節約配筋量;最后在構件具體配筋上，在滿足規范對構件的配筋構造要求前提下應以節省用鋼量為目標，仔細推敲，科學合理地對鋼筋規格作出選擇。

以上所述僅為個人經驗和看法，如有不當之處，敬請批評、指正。

[1] GB 50038-2005，人民防空地下室設計規范[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[3] GB 50009-2001，建筑結構荷載規范(2006版)[S].

[4] GB/T 50476-2008，混凝土結構耐久性設計規范[S].