幾種地下室頂板結構形式技術經濟分析

劉超 張晶

（天一建設發展有限公司）

幾種地下室頂板結構形式技術經濟分析

劉超 張晶

（天一建設發展有限公司）

地下室結構在實際的施工中，需要的混凝土用量比較多，使用鋼量非常大，需要很高的建設成本，成為建筑工程中非常棘手的問題。本文首先對地下室結構成本控制的重要性進行分析，然后對地下室頂板不同的結構形式以及結構受力結合實際的工程案例進行分析和比較，從而選擇最優、最經濟的結構形式，最后對現澆鋼筋混凝土空心樓板的應用進行了分析和總結，為從事建筑行業的工作者提供參考。

梁板結構；無梁樓蓋；空心樓蓋

1 地下室結構成本控制的重要性

隨著經濟的快速發展，建筑行業面臨激烈的市場競爭，建筑工程的規模逐漸擴大，建筑單位對工程成本控制越來越多的關注，節能觀念也在逐漸深入到建筑工程項目中。建筑工程中，高層建筑逐漸增多，對建筑本身的穩定性有了更高的要求，建筑結構中的一部分要有一定的埋深，為了節約基礎工程造價，一般對高層建筑會采取補償性基礎。停車位的需求以及人防等使地下室成為建筑工程中不可缺少的一部分。但是地下室的建設成本非常高，即使不考慮基坑支護、土方開挖以及降排水等方面的費用，僅僅是土建成本就要比地上建筑的成本要高出很多。通過以往的工程建設數據統計，一般的高層建筑的地上建筑結構使用的鋼量為40～60kg/m2，而地下室的用鋼量為140～160kg/m2。另外，地下室結構使用的混凝土量也非常大，使總體的建造成本就更高。整個建筑成本中，地下室以及基礎費用占到整個工程成本的10～30%，因此，對地下室的建造成本進行有效的控制是非常重要的，對整個工程成本的控制發揮關鍵作用。

2 地下室頂板結構概述

2.1 地下室頂板結構形式

對地下室結構的成本做好控制非常重要，對地下室頂板進行結構設計時，需要注意以下兩個特點：①所受荷載能力非常大；②受設備專業空間要求的限制。地下室的頂板結構如果采用普通的梁板結構，加上設備所要占用的空間，其高度就很難滿足建筑的要求，所以，我們對它的設計需要從造價和凈空等方面進行綜合的考慮，選擇適合的、最優的樓蓋結構形式。

從樓蓋的受力角度可以把地下室頂板分為無梁樓蓋，空心樓蓋、單向兩道次梁、十字梁和井字梁等，本文就針對這幾種方案進行經濟技術分析和比較，針對不同的施工情況，選擇合適的設計方案。

2.2 地下室頂板結構受力分析

（1）板筋參與梁端負彎矩承載力。對混凝土框架梁的受力情況在進行計算的時候，首先要考慮與梁相連接的板的有效寬度為多少，控制在一定范圍內，與梁肋平行的上下板面板筋作為梁端負彎矩中的一部分。該理論是需要板內鋼筋的錨固達到梁端負彎矩鋼筋的要求，可是在實際的工程施工中，配筋中板的鋼筋會有很大差別，不是所有的鋼筋都能滿足施工要求，因此，這種理論在計算的精確度上存在缺陷，也沒有相關的計算規則出現在規范中。但是，在國外一些工程建設中有涉及到。

我國在2010年頒布的《混凝土結構設計規范》中提到了對“強柱弱梁”的彎矩系數要適當增大，對框架結構要充分考慮到框架梁的實際承載能力；在2010年頒布的《建筑抗震設計規范》中提到了彎矩系數增大需要考慮鋼筋超強以及超配鋼筋，但是這份文件中沒有對現澆板內板筋參與梁端負彎矩承載力問題沒有明確的規定，只是做了一些說明，在對梁端的抗震承載能力進行計算的時候，如果需要計入樓板內的鋼筋，需要對材料的強度系數進行考慮，這樣可以提高框架結構的“強柱弱梁”程度。比如，在汶川地震中，地震的破壞很多是發生在柱上，所以對現澆板框架形成很大破壞。

（2）梁中部受力模型是t型斷面而非矩形斷面。框架結構在設計的過程中，模型的選擇一般是空間整體模型或者是杠桿模型。比如說，每層樓板在平面內屬于無限剛性結構，它在水平力的作用下可以對結構出現的變形進行調整。采用這樣的計算模型對框架結構中內力的計算不會造成什么影響，但是在對梁構件配筋進行計算的時候，梁只是作為一個杠桿的角度來考慮，沒有將梁的整體作用和板進行綜合考慮，對于板，也只是作為一個缺乏剛性的構件將荷載能力傳遞到梁上，這樣的話就把板和梁進行了單獨的計算，與實際的受力情況會存在很大偏差。在地下室結構中，底板和頂板的厚度一般會比較大，所以，采用上述計算分析造成的浪費現象就會比較嚴重。

3 工程案例

某一城市中心的二期辦公樓項目，建筑面積為15.6萬m2，共有四棟每棟有30層，地下室部分柱網標準跨為8.5×8.5m。對其中一跨的地下室頂板采用不同的結構形式進行對比和分析。考慮1.5m覆土荷載附加為30kN/m2，活荷載為4kN/m2，梁板的荷載通過自重進行加載，并且采用PKPM的SATWE以及有限元法進行分析和計算。單向兩道次梁結構有關數據為：板厚250，主梁500×900、500×1300，次梁400×900；井字梁結構有關數據為：板厚250，主梁500×1000，次梁350×650；十字梁結構有關數據為：板厚250，主梁500×1000，次梁400×900；空心樓蓋結構有關數據：板厚450，暗梁800×450，空心率為37.6%，下面用表1來分析一下。

表1

通過表1我們可以看出，空心樓蓋結構方案的總體造價是這四種方案中最經濟的一種方案，比其他三種的綜合造價分別少13.7%、21.2%和17.8%，而且空心樓蓋具有施工便捷、減少層高、降低水位差、減少吊頂費用、節約模板、減少土方量以及支護深度、具有報警設備等優點。如果地下室頂板作為上部結構并固定，采用空心樓蓋結構會有所限制，在一定范圍內（一般是塔樓外擴20m）應該進行梁板結構支撐。

在有梁樓蓋中，單向兩道次梁的綜合造價是比價優的，比另外兩種井字梁和十字梁的綜合造價分別少6.5%和3.5%，這種結構方式是目前地下室頂板樓蓋經常用到的形式之一，但是因為主梁的梁高在1000～1300之間，考慮到設備走管，地下室層高最小應該達到4100mm。

通過對這幾種不同結構形式的頂板進行分形和比較，依據工程項目的實際情況和設備管線的預埋要求，此項二期辦公樓項目塔樓選擇了普通的梁板結構，地下室部分選擇了空心樓蓋，工程竣工以后經過計算大大節約了工程造價，也得到了建筑單位的認可。

4 空心樓蓋的應用

通過很多工程實例表明，我們普遍認識的梁板結構的經濟性在荷載能力比較大時，變得不經濟。因此，在現代工程實際建設中，對地下室頂板結構開始采用無梁樓蓋形式，這種形式不僅能加快工程進度，還能大大節約工程造價，是非常值得推廣和應用的一種結構形式。尤其是近幾年在新技術，比如，混凝土薄壁管筒體件以及高分子合金組合芯模等澆筑的混凝土空心樓蓋的應用，充分發揮了它的使用功能、環境保護、凈空高度、隔音效果以及工程造價等方面的功能，對建筑業的可持續發展和節約社會資源發揮著積極意義。

現澆鋼筋混凝土空心樓板是最近幾年發展起來的新型的結構形式，它是通過采用高強度的薄壁管埋在現澆樓蓋中，形成的一種非抽芯現澆混凝土空心板。這種空心樓蓋主要適用于跨度比較大的建筑結構，比經常用到的無粘結預應力樓蓋結構以及梁板結構要更加可靠和穩定。現澆鋼筋混凝土空心樓蓋與傳統的建筑結構形式相比，可以降低層高、減輕自身重力、減少鋼筋混凝土使用量，大大降低了建筑成本。在一些教學樓、辦公樓、地下停車場、商場、人防工程中等廣泛被應用，另外，對一些層高有一定要求的住宅建筑、公共建筑以及工業建筑中也可以應用。

5 總結

通過以上各個方面的介紹，我們了解到地下室結構的設計是否合理對整個建筑工程的質量和成本起著直接的影響，特別是現在很多規模比較大的地下室的建設逐漸增多，人們對地下室頂板結構形式更加重視。無論采用哪一種結構形式，都要依據實際的工程情況，綜合考慮所有因素，通過相關的數據計算進行比較和分析，選擇最優、最經濟的結構形式。

[1]陳嘉華.無梁樓蓋在地下室的應用[J].建筑設計管理，2012（04）.

[2]張麗媛.地下室頂板剛性及其對高層建筑結構性能的影響研究[J].建筑結構，2013（15）.

TU93

A

1004-7344（2016）20-0299-02

2016-7-4

劉超（1973-），女，助理工程師，從事建設施工工作。

張晶（1984-），女，助理工程師，從事建設施工工作。