不同荷載作用下地庫結構選型的比較研究

吳坤

摘 ? ?要：隨著近些年我國汽車數量不斷增加、地下人防工程受重視程度不斷提升，房地產項目開發對地庫結構選型的要求也越來越嚴格，為了同時滿足地庫使用標準、降低成本、提高安全的要求，做好地庫結構選型工作尤為重要，其中荷載作用是地庫結構選型中需重點考慮的因素。因此，本文重點探究不同荷載作用下五種地庫結構選型的對比分析。

關鍵詞：不同荷載;地庫;結構選型;比較

1 ? 引言

地庫結構設計當中，在確保結構安全的基礎上，如何降低建設成本、保障工程整體效益是需要重點考慮的問題。國內外很多建筑學者對不同荷載、不同跨度的地庫結構進行了對比分析，得出的結論通常是跨度小時選擇無梁樓蓋經濟效益最高、單向肋樓蓋造價較低。當然，在地庫結構選型中還要考慮其他綜合性因素，包括建筑空間使用要求、排布設備管線、荷載大小、柱網尺寸等等。在荷載方面，除了地庫頂板的自身重力外，還要承受車輛停車位活荷載、室外地面荷載、人防荷載、覆土荷載等，在不同荷載條件下要選擇相應的樓蓋體系，從而提升地庫結構整體設計效益。

2 ?荷載取值

2.1 ?恒荷載、活荷載標準值

本文所對比的地庫為地下二層及以下各層情況，也就是地庫地面處樓蓋。恒荷載對比中，主要是考慮樓蓋自身重量、50mm建筑面層、設備管線吊掛三方面的荷載作用，根據計算數值，建筑面層、吊掛荷載分別取1.5kN/m2 ，結合《建筑結構荷載規范》，樓蓋活荷載取值為2.5kN/m2 或4.0kN/m2 。

2.2 ?等效靜荷載取值

由于地庫的空間較大，在地庫工程建設中其抗力級別通常設為6級，在不考慮上層建筑的影響情況下，6級頂板等效靜荷載值為60kN/m2 。

2.3 ?荷載組合

結合《建筑結構荷載規范》，在荷載組合計算中，取最不利（最大）的恒荷載與等效靜荷載組合的荷載工況。

（1）柱網選擇。地下車庫停車方式可以分為兩種，一是垂直式停車;二是雙排背對背停車。考慮近些年私家車輛體積越來越大，為了騰出更多的停車空間，本次設計中單車位規模為5.5[×]2.5m，框架柱截面尺寸為800[×]800mm，根據該標準進行計算，則停放三輛汽車最小軸寬度為2.5[×]3+0.4+0.4=8.3m。根據模數，本文地庫設計規格為高度3.6m，軸網尺寸8.4[×]8.4m。

（）2樓蓋建模。樓蓋建模采用的計算機軟件為PKPM，建筑抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度0.10g，地下車庫抗震設計等級為三級。為了讓不同荷載作用下結構選型的對比結果更加明顯，本次一共建立了5個柱距的軸網。地下車庫樓蓋模型規模為42[×]42m。設計模型分別為主梁大板樓蓋、十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋、井字梁樓蓋、無梁樓蓋，其中無梁樓蓋上采用了帶柱帽形式，根據《建筑抗震設計規范》要求，無梁樓蓋的樓板最小厚度不低于200mm。

3 ?工程量對比

根據所設計的五個地庫模型，對各個樓蓋模型的鋼筋、混凝土、模板材料用量分別進行統計分析，在PKPM軟件中增設“結構工程量統計”模塊。

3.1 ?鋼筋用量

通過對地庫鋼筋用量進行對比分析發現，無梁樓蓋由于自身的特殊性，所以鋼筋用量最小，其次是單向雙道次梁。在荷載較大的條件下井字梁樓蓋鋼筋用量低于十字梁樓蓋鋼筋用量。而在荷載較小的情況下，井字梁樓蓋鋼筋用量與十字梁樓蓋鋼筋用量相差不多。無論是在荷載較大還是荷載較小的情況下，主梁大板樓蓋的鋼筋用量都要小于井字梁樓蓋和十字梁樓蓋。綜合以上不同荷載情況下受力分析，無梁樓蓋由于自身空間受力特性，使得其具有受力均勻、傳力路徑短、增設柱帽后板的計算跨度減小、鋼筋用量少等優勢，但《建筑抗震設計規范》的條文對無梁樓蓋有很高的要求，對板內縱筋最小配筋率、縱向受力鋼筋布置等都有嚴格的規定，而且施工難度較大，因此在施工技術過硬的情況可以選擇無梁樓蓋結構。

通過對有梁樓蓋體系的梁板鋼筋用量分析，十字梁樓蓋總配筋量、梁板配筋量均要高于單向雙道次梁樓蓋。在板配筋建模設計中，考慮到雙道次梁樓蓋是把一個柱距中樓板分為三個板格，每個板格計算跨度等于支座的凈間距，也就是2.4m減去梁寬度。十字梁樓蓋建模設計中是把一個柱距中樓板分為四個板格，每個板格計算跨度為4.2m減去梁寬。在樓板分離式配筋當中，兩個方向板頂鋼筋自梁邊延伸到板內長度不得低于跨度的1/4，單向雙道次梁樓蓋板頂鋼筋配筋長度低于十字梁樓蓋板頂鋼筋的配筋長度。

井字梁樓蓋相比其他樓蓋結構，所設置的次梁數量最多，所劃分的樓板板格也更小，考慮到規范中要求樓板厚度不低于200mm，所以在荷載較小的情況下，樓板通常為按照最小配筋率配筋，存在一定的鋼筋浪費情況。在荷載較大的情況下，板格要按照設計標準計算配筋，因此綜合效益更高一些。主梁大板樓蓋板格跨度大、應力大，這就在一定程度上增加了鋼筋用量，并且在荷載較大的情況下鋼筋用量會進一步增加。

3.2 ?混凝土用量

對比不同荷載作用下的混凝土用量，其中混凝土用量最小的是主梁大板樓蓋，其次分別是井字梁樓蓋、十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋結構，混凝土用量最大的是無梁樓蓋。在有梁樓蓋體系中，由于增加了次梁，樓板板格數量會相應增加，從而使得混凝土用量相應減少。從另一個方面考慮，劃分小板格的同時還要控制樓板的最小厚度，所以板的混凝土用量可以適當減少。所以有梁樓蓋總體混凝土用量最小，不同類型樓蓋的混凝土用量更多是取決于次梁的設置數量。

3.3 ?模板用量

模板用量差異的主要因素是側面模板設置數量，也就是梁的數量越多，其模板使用量也就越大。因此無梁樓蓋結構的模板使用量最少，其次是主梁大板樓蓋結構。井字梁樓蓋結構的模板使用量最大，十字梁樓蓋、單向雙道次梁樓蓋結構次之。

4 ?經濟性對比

通過以上對比不同地庫結構采用的鋼筋、混凝土、模板材料用量的結論，即可分析不同樓蓋的造價情況。本文建筑材料價格參考當地的《建設工程造價信息》在2019年的市場信息價格，混凝土C35價格為480元/m?、鋼筋價格為4530元/t、模板價格為65元/m2 。在不同荷載情況下，無梁樓蓋結構造價均為最低，其次是雙道次梁樓蓋結構。剩余的三種樓蓋結構，在荷載較大的條件下井字梁樓蓋結構的造價相對較低，在荷載較小的情況下，主梁大板樓蓋結構的造價相對較低。

無梁樓蓋結構在鋼筋、模板用量上均比較小，混凝土用量最多。但混凝土價格較低，鋼筋價格較高，通過增加混凝土使用量和減少鋼筋使用量的方法，可以有效減少結構的造價。再者，無梁樓蓋結構可以節省模板使用量，所以會進一步降低造價。通過造價對比分析，本文認為無梁樓板由于造價的優勢，因此可優先考慮。

結合《建筑抗震設計規范》，將地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地上結構頂板要采用現澆梁板結構。因此在有梁樓蓋設計中，荷載較大的情況下建議選擇單向雙道次梁樓蓋結構和井字梁樓蓋結構，在荷載較小的情況下，建議選擇單向雙道次梁樓蓋結構和主梁大板樓蓋結構。

5 ?結束語

綜上所述，結合材料用量考慮，由于無梁樓蓋結構在鋼筋、模板用量上較小，有效彌補了混凝土用量多的劣勢，所以在經濟層面上考慮無梁樓蓋結構造價更具優勢。而對于作為上部結構嵌固端的地下室頂板，在荷載較大時單向雙道次梁樓蓋結構和井字梁樓蓋結構造價相對較低，而在荷載較小時，單向雙道次梁樓蓋結構與主梁大板樓蓋結構造價更具優勢。

參考文獻：

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