談地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)的型式選用與設(shè)計

王 剛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

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談地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)的型式選用與設(shè)計

王 剛

(山西省建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

以太原市某高層住宅的單層地下車庫為例，介紹了大板無次梁、十字交叉梁、井字梁三種現(xiàn)澆梁板樓蓋型式，并對比分析了各樓蓋型式的優(yōu)缺點，最終選出了較為經(jīng)濟合理的地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)方案。

地下車庫，樓蓋，大板無次梁結(jié)構(gòu)，成本

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活質(zhì)量的不斷提高，對于住房的改善也成為一般百姓的普遍要求，因此國內(nèi)新建高層住宅如雨后春筍越來越密集。為了滿足車輛停放、人防、設(shè)備用房等建筑功能及結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)埋深的需要，一般均設(shè)有地下室，多棟高層住宅小區(qū)常設(shè)計成大底盤連體地下車庫。按照使用功能要求，地下車庫柱網(wǎng)普遍較大，采用8 m～9 m，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)常見的頂板型式為普通梁板結(jié)構(gòu)和無梁樓蓋，其中梁板式又分大板無次梁、十字梁、井字梁等。由于地下工程建設(shè)成本遠(yuǎn)高于地上部分，所以有效控制地下室的建造成本對于大面積地下室工程來說有著重要的經(jīng)濟意義，而樓蓋結(jié)構(gòu)型式的選擇成為了地下室成本控制的關(guān)鍵因素。本文將結(jié)合工程實例，通過對各樓蓋型式的優(yōu)缺點比較，選出較為經(jīng)濟合理的地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)方案。

1 地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)選型

1.1 無梁樓蓋

常用無梁樓蓋型式有空心樓蓋和預(yù)應(yīng)力混凝土無梁樓蓋。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》上明確注明：作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應(yīng)采用梁板結(jié)構(gòu)。無梁樓蓋由于面外剛度較小，難以符合剛性假定的基本要求，故主樓相關(guān)范圍內(nèi)不應(yīng)采用無梁樓蓋體系，這就對無梁樓蓋的使用范圍作出了一定的限制要求。一般而言，采用無梁樓蓋體系有如下優(yōu)點：1)增大使用空間，降低地下室層高，繼而減少基坑開挖和坑內(nèi)降水；2)由于不設(shè)主次梁，僅有暗梁或肋梁板帶，減少模板用量，簡化支模工序，縮短工期；3)按照大柱網(wǎng)的尺寸取用消防車(及客車)活荷載，標(biāo)注值可以取用20(2.5)kN/m2，減小了荷載取用標(biāo)準(zhǔn)，使計算配筋減少。當(dāng)然，從實際設(shè)計及現(xiàn)場施工的反映來看也存在如下缺點：1)由于是專項施工，且有一定的技術(shù)要求，對施工隊伍的水平有一定的限制；2)施工的專項費用較一般混凝土施工高，有時會超出預(yù)期；3)當(dāng)為高層建筑設(shè)置的單層地下室時，減少層高的節(jié)約效應(yīng)不明顯；4)空心樓蓋對后期裝修要求比較高，且防水不利，滲水點不易找到，一旦滲水，很難彌補。綜合上述優(yōu)缺點，如果地下車庫面積較小，則不宜采用無梁樓蓋，若面積較大，須單獨考慮施工專項費用、空心樓蓋廠商的選用等因素。

1.2 現(xiàn)澆梁板式樓蓋

常用現(xiàn)澆梁板樓蓋型式有大板無次梁、十字梁、井字梁型式，下面引入工程計算實例，對這三種樓蓋型式予以比較。

工程概況：本工程為太原市某高層住宅的單層地下車庫，層高為3.3 m，長約128 m，寬約103 m，柱網(wǎng)8.1 m×8.1 m，建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防類別為丙類，基本風(fēng)壓：Wo=0.40 kN/m2，基本雪壓：Wo=0.35 kN/m2，抗震設(shè)防烈度：8度，設(shè)計基本地震加速度值為0.2g，地震分組為第二組。地質(zhì)條件良好，建筑場地類別為Ⅱ類，采用天然地基可滿足設(shè)計要求，地下室頂板可滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固要求，豎向構(gòu)件混凝土均采用C40，梁、板混凝土均采用C30。覆土1 m(恒載采用18 kN/m2)，需考慮消防車荷載。因有防水要求，樓板厚不小于250 mm。

方案一：大板無次梁，柱跨8.1 m，板跨8.1 m，考慮覆土厚度對活荷載的折減系數(shù)為1，則板面活荷載為20 kN/m2，框架梁截面450×800，板厚300 mm(見圖1)。

方案二：十字交叉梁，柱跨8.1 m，板跨4.05 m，考慮覆土厚度對活荷載的折減系數(shù)為0.93，則板面活荷載為0.93×30=27.9 kN/m2，框架梁截面450×950，次梁截面300×700，板厚250 mm(見圖2)。

方案三：井字梁，柱跨8.1 m，板跨2.7 m，考慮覆土厚度對活荷載的折減系數(shù)為0.88，則板面活荷載為0.88×35=30.8 kN/m2，框架梁截面450×950，次梁截面250×650(見圖3)。

2 各方案材料用量比較

采用盈建科結(jié)構(gòu)計算軟件(1.7.0.0版)建模計算，進行配筋分析，可以得出表1的計算統(tǒng)計結(jié)果。

表1 各方案材料用量比較表

通過上述比較可以看出，在相同覆土厚度和柱跨尺寸條件下，梁鋼筋用量為井字梁型式(方案三)最多，樓板鋼筋用量為大板無次梁型式(方案一)最多，梁板總鋼筋用量為大板無次梁方案最少，混凝土用量三個方案差別不是很大，總體而言方案一即大板結(jié)構(gòu)型式最為節(jié)省建筑材料。

對于施工作業(yè)而言，相對于其他方案，大板無次梁方案由于無次梁，板底平整，模板安裝簡便，鋼筋制作和綁扎工序省工省料，可大大縮短工程施工周期，降低施工費用，對于大面積地庫而言可以節(jié)省一大部分費用。

當(dāng)進入到大板無次梁方案的具體設(shè)計階段時，設(shè)計人員還可以采用加腋梁、加腋大板的方式，即在框架梁根部斜向加高(垂直加腋)、樓板在板邊支座處一定寬度范圍內(nèi)加厚(帶有斜腋)的構(gòu)造型式，以此來進一步優(yōu)化構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計，減少梁板的鋼筋用量，節(jié)省成本。

3 原因分析

大板無次梁結(jié)構(gòu)可以具有節(jié)省建材用量的優(yōu)點，主要有以下兩方面的原因：

1)荷載取值。按GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范第5.1.1條，不論消防車還是普通客車，活荷載對于不同板跨尺寸而言取值是不同的，板跨尺寸大于6 m時，荷載取較小值。

2)內(nèi)力計算。大板無次梁方案樓板傳至主梁的荷載為比較均勻的線荷載，不存在次梁傳導(dǎo)至主梁跨中引起的集中荷載，荷載無突變就降低了框架梁中的彎矩峰值，從而減少了以梁跨中彎矩峰值包絡(luò)計算而得的配筋。

特別是對于大板無次梁設(shè)計如若采用了加腋梁、加腋板，因地下室樓蓋的梁板多為連續(xù)梁、板，其支座負(fù)彎矩往往比跨中正彎矩大得多，采用加腋梁、加腋板型式可以有效增加支座處混凝土的有效截面面積，提高兩端抗剪抗彎能力，顯著減少梁板縱筋所需的面積，節(jié)約鋼筋，同時也沒有減少樓層凈高，而加腋增加的自重十分有限，往往在跨中板厚還可以減薄，所以經(jīng)濟指標(biāo)更優(yōu)。

4 設(shè)計方法

既然我們能夠確定地庫在現(xiàn)澆梁板式樓蓋中應(yīng)首選大板無次梁型式，如何進一步計算設(shè)計，其實就計算而言采用普通的有限元方法就可以，相應(yīng)的程序也很多，如ETABS，SAFE，STRAT等都很好，但國內(nèi)目前使用最多的仍然是中國建筑科學(xué)研究院的PKPM系列結(jié)構(gòu)軟件。需要注意的是，普通大板計算可直接采用PKPM計算，但是加腋梁板就得增加幾個步驟：加腋梁直接在PMCAD中進行定義并用 SATWE 進行計算；加腋板的計算需要在 PMCAD建模時用虛梁對板塊進行人為分割，對加腋處樓板定義不同的樓板厚度，再采用 SLABCAD 程序進行分析計算。PMCAD沒有輸入變厚度樓板的功能選項，為避免板的厚度發(fā)生突變而影響計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，可將加腋部分板塊用虛梁人為進行細(xì)分，用插值板厚漸進過渡，在板厚變化區(qū)間單元可以調(diào)整網(wǎng)格長度以適應(yīng)加腋長度的計算劃分要求。

當(dāng)然在設(shè)計階段，總會遇到各種問題，比如由于景觀設(shè)計的要求而出現(xiàn)高低起伏的臺地、個別板跨上的覆土中種植較大的樹種，這會引起同一跨頂板或是主梁兩側(cè)相鄰頂板荷載的巨大差異，導(dǎo)致板的配筋面積計算差別很大，從而引起梁的扭轉(zhuǎn)，也會導(dǎo)致在后期繪圖時配筋困難；又比如個別樓板因設(shè)備專業(yè)要求需要開洞設(shè)風(fēng)井，小洞口可以采用設(shè)暗梁或加強筋的措施處理，但較大的洞口則會出現(xiàn)應(yīng)力集中，加之覆土荷載較大，對安全不利等等。類似種種問題，都需要我們以安全和質(zhì)量為根本，在具體設(shè)計的過程中仔細(xì)分析，優(yōu)化方案，靈活應(yīng)對，是對設(shè)計人員的經(jīng)驗和能力提出的要求與考驗。

5 結(jié)語

綜合上述經(jīng)濟性比較和計算分析，我們不難看出對于地下車庫樓蓋結(jié)構(gòu)，優(yōu)先采用大板無次梁結(jié)構(gòu)型式無疑是經(jīng)濟性最優(yōu)的，在沒有其他特殊要求的情況下應(yīng)優(yōu)先采用。無梁樓蓋作為高層結(jié)構(gòu)嵌固端的地下室頂板應(yīng)用受到限制，且自重較大，并受到施工技術(shù)水平和空心樓蓋廠商的影響，須綜合考慮其適用性。

合理的選型不但能夠充分保證結(jié)構(gòu)的安全合理性，還能節(jié)約材料，縮短工期，在降低造價的同時也降低了施工難度，保證了施工質(zhì)量。

[1] 《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》編寫組.建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2001.

[2] 龔思禮.建筑抗震設(shè)計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

Discussion on underground garage floor slab pattern selection and design

Wang Gang

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

Taking the single-layer underground garage of the high-rise residential building in Taiyuan city as an example, the paper introduces three kinds of cast-in-situ beam board floor slab forms including big board without secondary beam, orthogonal beam and grillage-shaped beam, comparatively analyzes their merits and defects, and finally selects more economic and rational underground garage floor slab structure scheme.

underground garage, floor slab, big board without secondary beam structure, cost

1009-6825(2016)30-0061-03

2016-08-17

王 剛(1983- )，男，工程師

TU318

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