地下車庫加腋頂板體系設(shè)計(jì)淺析

趙 鵬

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030001)

0 引言

隨著城市不斷建設(shè)發(fā)展，人們的生活水平越來越高，對物質(zhì)和精神的需求也越來越高標(biāo)準(zhǔn)，因此許多房地產(chǎn)開發(fā)商在小區(qū)建設(shè)中對綠化、節(jié)能的要求變得尤為突出。提供更多的綠化空間，在美化小區(qū)的同時也能夠更多吸引人們的投資和購買的欲望。 為此開發(fā)商對小區(qū)地下車庫在建設(shè)中的要求也越來越多，使用功能也越來越復(fù)雜。這樣做不但可以為小區(qū)業(yè)主提供更多的停車空間，也可以為原本需要建在地上的設(shè)備配套用房轉(zhuǎn)入地下建設(shè)，從而為美化小區(qū)提供更多的地上空間。

地下車庫的建設(shè)在滿足各種使用需求的同時還要節(jié)約投資成本。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地基的處理，基礎(chǔ)的類型，主體結(jié)構(gòu)的選型都尤為重要。其中地下車庫頂板主要承擔(dān)地面覆土、園林建設(shè)、消防車以及水池等大荷載，然而不同的頂板結(jié)構(gòu)類型直接影響地下車庫的使用和整個小區(qū)建設(shè)的投資成本，因此地下車庫頂板的結(jié)構(gòu)布置選型尤為重要。

1 加腋頂板的結(jié)構(gòu)原理

常見的地下車庫頂板類型主要有梁板式和無梁式。其中梁板式是地下車庫頂板建設(shè)中比較傳統(tǒng)的類型，其結(jié)構(gòu)受力清晰，通過頂板、梁水平構(gòu)件將頂板承擔(dān)的荷載通過墻、柱豎向承重構(gòu)件傳遞給基礎(chǔ)。在結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中，地下車庫頂板一般為雙向板在均布荷載的作用下，其最大的彎矩主要分布在板跨中的1/3處，其余部位彎矩都比較小。但在板施工圖設(shè)計(jì)階段通常都是根據(jù)計(jì)算結(jié)果整跨板按最大彎矩配置所需鋼筋，從而導(dǎo)致板跨中彎矩分布較小部分所配置鋼筋沒有得到充分利用造成浪費(fèi)。因?yàn)榘蹇缰泻椭ё幍膹澗夭町惡艽蟆榇宋覀儽仨毻ㄟ^調(diào)節(jié)頂板的厚度來控制板支座彎矩，進(jìn)而減少所需配置的鋼筋。

加腋大板從直觀和受力機(jī)理可看作是雙向起拱的拱殼空間結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，所以其受力性能要優(yōu)于普通的平面結(jié)構(gòu)。加腋大板這種結(jié)構(gòu)形式可以有效的加大頂板支座處的受力截面從而減少支座彎矩，還可以通過調(diào)節(jié)加腋的厚度及腋長從而達(dá)到既能滿足頂板跨中最小厚度要求，又可以保證板自重變化不會很明顯。通過對加腋板和等截面的厚板計(jì)算分析對比，加腋板厚度一般可取跨中板厚的1.5倍～2倍，加腋的斜率一般可取1/4～1/8之間，這樣做既可以有效的減少板的支座彎矩也使得板自重和混凝土用量沒有明顯增加。而且經(jīng)過有限元分析得出板在加腋范圍時板底受壓，此處板底滿足構(gòu)造配筋即可。

2 工程概況

本工程為某小區(qū)地下車庫建設(shè)項(xiàng)目，該工程為地下2層，地下2層主要為車庫和小區(qū)人防配套工程，地下1層為車庫和設(shè)備用房。停車位采用5.5 m×8.1 m的柱網(wǎng)，車行道采用6.6 m×8.1 m的柱網(wǎng)。地下車庫頂板作為上部單體結(jié)構(gòu)的嵌固端，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，地下車庫頂板采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，主要承擔(dān)1.8 m厚地面覆土、消防通道及園林建設(shè)等大荷載，活載取值為5.0 kN/m2，頂板在等截面范圍取值為250 mm厚，加腋板高度取為跨中板厚的2倍即500 mm，腋長坡度為1/5。

利用盈建科1.8.3版中的加腋模塊對該工程建立模型。在板支座處由于加腋的緣故增大了板的截面，對于框架梁而言其剛度不可忽略，故梁彎矩由板翼緣和矩形梁共同承擔(dān)，形成T型截面梁，因此計(jì)算中要考慮彈性板與梁協(xié)調(diào)變形，梁按T型截面考慮，以及梁向下偏移等參數(shù)。框架梁截面由于地下車庫凈高要求取值為400×800，500×900；框架柱截面為500×700。

取該工程模型中的5×6跨柱網(wǎng)進(jìn)行有限元分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)幾種情況下梁、板的鋼筋用量、總鋼筋用量、混凝土用量。并按混凝土400元/m3，鋼材3 700元/t的單價(jià)取費(fèi)計(jì)算綜合造價(jià)。

1)不同加腋高度。

加腋板的寬度統(tǒng)一取值為1 300 mm，加腋高度分別取150 mm，200 mm，250 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 不同加腋高度的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2)不同加腋寬度。

加腋高度統(tǒng)一取值為250 mm，加腋寬度分別取1 000 mm，1 200 mm，1 300 mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表2。

從表1可知加腋高度的不同對綜合造價(jià)的影響比較明顯，隨著加腋高度的增加其鋼筋用量在逐漸減少，而混凝土用量在逐漸增加，但綜合造價(jià)卻逐漸降低。從表2可知加腋寬度的不同對綜合造價(jià)的影響不是很明顯。綜上所述，該工程加腋高度取值為250 mm時綜合造價(jià)最低，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

表2 不同加腋寬度的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

圖2為該模型其中一跨柱網(wǎng)范圍有限元計(jì)算分析云圖。

由圖2可知：

1)加腋板的腋長范圍內(nèi)的彎矩較大，而板跨中等截面范圍內(nèi)的彎矩明顯較小。此情況符合設(shè)計(jì)初衷，加腋板設(shè)計(jì)體系可以充分利用截面承擔(dān)較大部分彎矩。

2)加腋范圍內(nèi)的板底不存在正彎矩，此部分截面受壓，驗(yàn)證了加腋范圍板底配筋滿足構(gòu)造要求即可。

3 加腋板的施工圖設(shè)計(jì)

1)利用盈建科軟件的加腋板模塊可以實(shí)現(xiàn)對整個工程地下室頂板不同柱跨尺寸加腋板的建模，其中異型大板直接采用增加板厚的方法滿足設(shè)計(jì)要求，建立模型后進(jìn)行整體計(jì)算分析。

2)待模型各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求后，轉(zhuǎn)入板施工圖模塊，對加腋頂板采用有限元分析。頂板根據(jù)地下車庫所處環(huán)境應(yīng)有嚴(yán)格的防水要求，且所承受荷載較大，建議頂板應(yīng)保持彈性并進(jìn)行有限元計(jì)算分析。另外還應(yīng)進(jìn)行頂板裂縫和撓度驗(yàn)算。

3)根據(jù)有限元計(jì)算和裂縫驗(yàn)算結(jié)果對加腋頂板進(jìn)行配筋包絡(luò)設(shè)計(jì)，繪制施工圖。

4)根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，要人為對T型截面梁的翼緣和矩形梁分別承擔(dān)的彎矩進(jìn)行判斷分配，最終根據(jù)分配結(jié)果進(jìn)行梁施工圖的繪制。

4 綜合分析

地下車庫頂板設(shè)計(jì)類型中，當(dāng)柱跨間距較小且承擔(dān)荷載相對較輕時可直接采用主次梁現(xiàn)澆樓板的結(jié)構(gòu)型式，其結(jié)構(gòu)傳力清晰，設(shè)計(jì)計(jì)算簡單，施工成熟。當(dāng)柱跨間距較大樓板承受較重荷載且甲方對地下車庫凈高有嚴(yán)格要求時，選擇框架梁加大板的這種結(jié)構(gòu)型式將具有明顯的優(yōu)勢。如果此情況下仍采用主次梁結(jié)構(gòu)型式，由于主、次梁截面大在滿足地下車庫使用凈高的基礎(chǔ)上，布置設(shè)備專業(yè)管線具有一定的局限性和約束性，最終可能導(dǎo)致無法滿足使用要求。而選擇框架梁加大板的型式在解決這類問題時具有靈活性和可控性，從而可以給車庫提供更多的使用空間。

從經(jīng)濟(jì)效益方面分析，加腋頂板的結(jié)構(gòu)型式與其他類型相比也同樣具有明顯的優(yōu)勢。主要體現(xiàn)在加腋板的框架梁所承擔(dān)的彎矩由板翼緣和矩形梁共同承擔(dān)，從而減小了框架梁配筋。

5 加腋板的優(yōu)點(diǎn)

1)滿足地下車庫頂板作為單體結(jié)構(gòu)嵌固端的樓蓋體系設(shè)計(jì)要求。

2)在頂板承受大荷載的前提下可以有效增大板支座的受力截面，從而減小支座彎矩，最終減小板的配筋，降低以往設(shè)計(jì)中對板配筋沒有得到充分利用而造成的成本浪費(fèi)。

3)加腋板相對厚板而言，可以少許減小板的自重和一定的混凝土用量。且在加腋板處板底受壓，此處板底配筋滿足構(gòu)造要求即可。

4)加腋板對地下車庫頂板承受較大荷載時的撓度驗(yàn)算非常有利。

5)考慮框架梁的剛度與加腋板形成的T型截面，使得梁支座彎矩由板翼緣和矩形梁共同承擔(dān)，有效減小了框架梁所需的配筋面積，最終減少工程的鋼筋用量。

6)加腋板易滿足地下車庫建設(shè)中對凈高，設(shè)備管線布置等方面的嚴(yán)格要求，從而為地下車庫的使用提供更為良好的空間環(huán)境。

7)施工方便，因加腋大板施工過程中不設(shè)次梁，所以無論是鋼筋綁扎還是模板安裝等施工工序都會省料省時，為縮短工程工期提供有利條件。

6 結(jié)語

對于城市建設(shè)中大體量的地下車庫建設(shè)項(xiàng)目，頂板結(jié)構(gòu)體系的選型對整個工程造價(jià)具有非常重要的影響，選擇合理科學(xué)的結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。加腋頂板無疑既是一種受力清晰合理，而又經(jīng)濟(jì)節(jié)約的體系，特別是大荷載、大跨度的地下室結(jié)構(gòu)建設(shè)中易滿足其對凈高等方面的嚴(yán)格要求。總之，加腋頂板是一種性價(jià)比優(yōu)越，具有高技術(shù)水平和社會經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)構(gòu)體系。