地下室結構限額設計及優化方法

趙軍

摘要：本文通過分析影響地下室含鋼量的因素，提出控制限額指標的具體優化方法；希望能給給同行以借鑒，共同交流。

關鍵詞：限額設計；鋼筋含量；影響因素；優化方法

中圖分類號：TU375.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—182—03

前言

所謂限額設計，通常指按照批準的可行性研究報告的投資估算控制初步設計，按照初步設計的總概算造價限額進行施工圖設計，保證各專業達到使用功能，符合設計質量要求。而設計優化又是限額設計的關鍵。通過優化設計和加強管理等各種有效措施，提高設計質量，降低工程造價，把技術與經濟、質量與效益統一起來。

地下室結構的限額設計一般是指地下室結構含鋼量及混凝土含量指標，二者之中以鋼筋含量指標對成本影響最大。在保證結構安全的前提下，對結構進行限額設計，是目前建設單位對設計單位的要求。因而對設計提出了更高的標準。在限額設計的要求下，設計人員有兩個趨向：一是設計盡量滿足設計規范的下限，從而達到限額的目的；二是進行局部調整，試圖達到限額設計的要求。本文從地下室含鋼量指標限額、影響因素等方面尋求具體優化設計的方法來盡量滿足限額設計的指標要求。

1地下室結構限額設計具體指標

由于鋼筋及混凝土指標是相互關聯的，因此將兩個指標作為一個整體考慮，以下各項指標均以“建筑面積”為基數，即采用GB/T50353—2005《建筑工程建筑面積計算規范》計算的建筑面積。整體地下室指標：根據其特征，在指標下達時分為三項指標：擴大地下室、人防地下室及塔樓地下室，裙樓地下室可以參考擴大地下室，因為其上部建筑對其影響較小。

備注：

（1）地下部分限額的范圍：

a.無地下室結構：樁基礎以上，含基礎連系梁等，混凝土不含基礎墊層量。

b.地下室部分：樁基承臺及以上，地下室天然基礎或筏板.基礎及以上，地下室頂板及以下。限額指標不含承臺及地下室或筏板底板墊層混凝土、不含地下室內水池（現澆鋼筋砼水池等）鋼筋及混凝土。

（2）該限額指標制定前提為：基礎類型為樁基礎，地下室底板為基礎承臺、底梁及底板的結構形式，地下水位同埋深，頂板覆土以1.5米以內為宜。若確定為筏板基礎或其他情形的，根據實際情況可在第二階段成本目標下達限額指標時做適當調整。

（3）所有全地下室均按照覆土厚度為約1.2m考慮，當覆土厚度低（高）于此情況0.3m時，應酌情降低（增加）鋼筋限額指標約8kg/平米。

（4）人防地下室按照6級人防標準考慮，若實際人防標準高于6級，可酌情考慮提高地下室人防范圍的限額指標。

（5）消防車道區域的調整方法：按照地下室頂板上消防車道區域的面積，鋼筋增加10kg/平米，砼增加0.1立方，平米。

（6）塔樓部分地下室，地上結構轉換對其指標影響較大，不轉換按照80米內、80米以上分類鋼筋按130kg/平米和140kg/平米，全轉換按照80米內、80米以上分類鋼筋按160kg/平米和170kg/平米控制。

（7）對于地下室，本限額指標對應的基礎類型為普通樁基礎或其它非筏板基礎，當采用整體筏板基礎或整體樁筏基礎時，應酌情考慮提高整體地下室鋼筋限額指標約20-40 kg/m²，混凝土指標約0.20-0.40 m³/m²。

（8）當高層主樓的首層面積超過地下室單層面積的30%時，可酌情考慮提高地下室限額指標。

（9）當地下室的人防結構面積大于85%時，鋼筋限額指標可提高10-20 kg/m²；當地下室的人防結構面積小于15%時，鋼筋限額指標可降低10-20 kg/m²。

（10）人防地下室在塔樓投影下的，鋼筋指標上限為180kg/平米。

2影響地下室結構含鋼量的因素

2.1建筑平面的分布

（1）上部建筑占地下室的比例

（2）人防地下室占地下室的比例

（3）覆土的厚度

2.2結構方案

（1）上部結構高度及剛度

（2）上部結構是否設有轉換，地下室的結構布置

（3）抗震等級

（4）場地土層的分布及物理性質

（5）地下水的分布情況

2.3地下室基礎的形式

（1）天然地基

（2）樁基礎

2.4地下室含鋼量影響因素的影響程度

3滿足限額指標所采取的優化方法

3.1嚴格控制地下室層高

高層建筑基坑一般情況下都是深基坑，它包括土方開挖，排水降水，工程檢測等。隨著地下室層高加高，這些費用都要相應增加，增加的幅度幾十到幾百元每平方，甚至更多。這要結合上述內容的具體形式，由造價部門專門分析。地下室也是建筑工程中最重要的部分；也是建筑工程中最耗資金的部分；也是設計院概念最模糊、設計最為保守的部分；也是施工隊伍最混亂、最容易出工程質量管理事故的部分。

高層建筑地下室自身含鋼量隨著層高變化而影響較大的是地下室側墻，底板也隨著地下水的抗浮設計水位不同而變化不同。因此確定經濟層高對滿足限額指標最為重要。合理的地庫層高，對降低其成本是很重要的。一般確定地庫層高的原則主要有四個方面。第一，合理的選用地下室底板的構造做法，根據實際構造來計算層高；第二，在確定層高時，精確計算設備管線預留高度以及結構梁高；第三，當車庫與變配電間或水池等設備用房同層設計時，應采取“設備用房局部降（升）板”，而車庫層高按常規設計；第四，管線綜合。其中，管線綜合注意遵循的原則：（1）應盡量使“主風道”靠近車道外側設置或走車位上空；（2）風道寬度盡量控制在1.2米以內，使風道下面不設置噴淋：（3）電橋架、設備管線盡量與風道平行設置、盡量不要設在風道下方；（4）各類管線交叉點不要設在主車道處。另外，采用寬扁梁也是在結構上降低層高的有效方法之一。一般地下車庫計算層高的基本內容如下表：

其中管線常用的計算高度為噴淋≥200mm（噴淋需要高度為150mm，預留50mm安裝高度），通風道300mm～500mm（含50mm的安裝支架高度），電橋架一般150mm高。設備高度簡介見下圖：

3.2合理的地下室柱網及覆土厚度

（1）柱網布置

除了在停車方式上有經濟性的講究之外，在車庫內的柱網布置也需要有其合理性。對于單建式地下停車庫，停放小型車時不宜采用兩柱間停一輛車的方式，以免柱過多；對于附建式，則有時因上部建筑柱網尺寸較小，而兩柱間停一輛車可能是合理的。在選擇停車間柱網時，除滿足技術要求和使面積指標達到最優外，還必須考慮結構上是否經濟合理，包括結構跨度尺寸不應過大、材料消耗量要小、結構構件尺寸合理、在平面和高度上不過多占用室內空間、柱距與一定的結構形式相適應，以及柱網單元種類不應過多等方面。經過分析與研究，對不同的停車方式對應的柱距經濟性考慮如下圖：

（2）覆土厚度

地下汽車庫頂板的覆土厚度一般根據三點確定。首先，地下室頂板覆土厚度應結合景觀方案精細化設計，不同種植區域覆土厚度應不同。也可采用樹池或堆土來種植，目的是盡量減少覆土荷載優化成本。其次，如采用覆土種植，建議覆土厚度為：種植大樹處覆土局部1200mm高，普通喬木處800mm，草坪一般300～400mm高。第三，方案階段，給排水專業應給出排水方案，根據水管布置長度及上方有無行車情況確定所需覆土厚度，進行局部調整。

3.3地下室構件的設計優化

地下室成本的控制制約于各部位構件的設計，是綜合體的體現，因此針對各構件必須全面考慮才可能達到經濟、合理的目的。

現有地下室設計結構類型基本均為框架結構，外圍為混凝土擋土墻.詳細測算其中的兩個地下室，其含鋼量指標如下：

根據上表數據，通過比較發現，地下室頂板及井宇梁的用鋼量最大，占到總用鋼量的一半左右。所以，地下室頂板上作用的荷載對含鋼量影響很大，減少作用在頂板上的荷載，可以減少鋼筋用量從而達到節約鋼筋的目的。若建筑布局合理，并能有效控制景觀覆土厚度，消防車道布置合理，在結構有利部位的話，結構整體含鋼量能有較大幅度的下降。

除了在結構的含鋼量上可以減少車庫的成本之外，在地庫結構的構造上，也可以進行優化設計，以達到節約成本的目的。

（1）基礎形式

不同的地區，地質構造也不盡相同，則對于地下汽車庫的結構要求也有所不同。以某地區為例，其地下抗浮水位相對較低（約3.054米），如能充分利用地下水位高度，將對節約工程造價創造有利條件。通過對埋深、覆土和層高的綜合設計，根據計算結果現有地下室均未設置抗拔樁，基礎為筏板形式，水浮力靠結構自重平衡，因此，基礎造價得以大幅下降。因為水浮力靠結構自重平衡，結構上需增加配重，通過比較發現，在基礎底板上增加荷載是經濟有效的方式（不增加頂板荷載）。

當然，確保結構自重與外部景觀荷載，采取必要的降水措施對結構正常使用亦起到至關重要的作用，特別是在施工雨季期間，一定要做好降水和場地排水工作。

（2）伸縮縫或后澆帶

設置伸縮縫勢必會造成一部分建筑面積的浪費，因地下室溫度應力不明顯因此規則結構一般不設伸縮縫，只設置后澆帶。只有當地下室結構平面嚴重不規則，才會在應力、變形集中的地方設置伸縮縫，當然分期建設也會設縫。后澆帶間距一般控制在40～45米左右比較經濟。

（3）底板

底板配筋主要控制指標是裂縫，而且底板承受較大水浮力作用，為保證其剛度，底板厚度不應設置過薄，在一定板厚情況下，底板配筋大部分區域為構造配筋。若底板為梁板式，底板可以薄一些，但底板上浮力均要傳至基礎梁上，基礎梁配筋勢必很大，無形中就會造成結構上的浪費。而且設置基礎梁也會增加基礎施工難度，鑒于此種考慮底板一般設置為無梁樓蓋體系（獨立基礎+防水板體系），對減少地庫的成本更合理。

（4）頂板

地下汽車庫頂板的結構型式可以有多種選擇：普通梁板式、普通無梁樓蓋及新興的現澆空心無梁樓蓋。相對而言普通梁板式布置傳力明確、受力簡單因此使用廣泛，但缺點在于影響建筑層高、含鋼量也較高：普通無梁樓蓋布置簡單、節約層高，但屬不利結構型式，對建筑平面布局、柱網要求較高且混凝土含量大；現澆空心無梁樓蓋特性基本與無梁樓蓋相同，但其含鋼量最小，混凝土含量居中，是今后發展的重點方向。

下圖為對三種結構形式，即梁板式、帶柱帽無梁樓蓋和空心無梁樓蓋的結構對比：通個計算分析，得出下表：

（5）側墻

地下室外墻的主要控制指標是裂縫，在適當調整外墻厚度（混凝土比鋼筋便宜很多）的情況下，外墻鋼筋含量會有較大幅度的改觀。

若地下室層高較高，可在外墻上加設框架柱（扶壁柱）。在計算方法上外墻可當作雙向板計算，因此水平鋼筋可參與受力而不僅是控制裂縫的構造設置，此時鋼筋含量也能得以調整。

4結束語

通過多項實際工程實例的驗證，地下室結構采取上述優化方法，可有效控制結構含鋼量指標；深受建設單位的好評，為公司業務開拓起了很好的保障作用。