淺談對(duì)一般地下室常見(jiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方向

張麗媛

（廣東博意建筑設(shè)計(jì)有限公司）

0 引言

以往已有大量文獻(xiàn)對(duì)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了經(jīng)濟(jì)性比對(duì)，內(nèi)容主要集中在地下室頂板采用的梁板結(jié)構(gòu)形式比對(duì)：比如對(duì)大板結(jié)構(gòu)、主次梁結(jié)構(gòu)、十字梁結(jié)構(gòu)、單向次梁結(jié)構(gòu)等進(jìn)行技術(shù)優(yōu)勢(shì)和成本優(yōu)劣比較。通過(guò)實(shí)際工程案例，試圖從其他角度針對(duì)地下室目前比較普遍的設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行優(yōu)化。比如梁截面尺寸在常規(guī)設(shè)計(jì)中主要選擇300×700、300×800、400×800等，本案例從縮小梁截面以減少構(gòu)造鋼筋角度出發(fā)，尋求最優(yōu)含鋼量下的梁截面尺寸建議；對(duì)車(chē)庫(kù)框架柱混凝土標(biāo)號(hào)普遍采用C30的設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行方案比對(duì)等，以尋求得出更經(jīng)濟(jì)合理的地下室頂板設(shè)計(jì)思路。

1 項(xiàng)目概況

擬建項(xiàng)目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市。全部地下室建筑面積15423m2，地下一層。室內(nèi)場(chǎng)地地坪±0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高117.10m，整體設(shè)有1層地下室，地下室頂板面標(biāo)高116.00m，底板標(biāo)高112.55m（普通停車(chē)）、111.10m（機(jī)械停車(chē)庫(kù)）。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)信息：

結(jié)構(gòu)使用年限：50年。建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：二級(jí)。設(shè)防類(lèi)別：丙類(lèi)。設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本加速度0.15g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地特征周期0.35s。場(chǎng)地類(lèi)別II類(lèi)。抗震等級(jí)：純地下室四級(jí)，塔樓相關(guān)范圍三級(jí)。地基土非液化。地下室防水等級(jí)：種植頂板及地下室內(nèi)電房防水等級(jí)一級(jí)，其余部位防水等級(jí)為二級(jí)。抗浮水位：場(chǎng)地西側(cè)108.0m；場(chǎng)地東側(cè)109.0m。風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓（50年）：0.35kPa，地面粗糙度類(lèi)別B類(lèi)。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)：乙級(jí)。

項(xiàng)目圖紙概況詳見(jiàn)圖1。

圖1 地下室頂板平面圖

2 結(jié)構(gòu)布置

該項(xiàng)目純地下室部分為框架結(jié)構(gòu)，在上部結(jié)構(gòu)的相關(guān)范圍內(nèi)抗震等級(jí)為三級(jí)，相關(guān)范圍以外抗震等級(jí)為四級(jí)。純地下室部分采用大小跨柱網(wǎng)設(shè)計(jì)，主要柱網(wǎng)尺寸為7900×6500、7900×4600。頂板為單向次梁結(jié)構(gòu)，頂板厚160mm（一般地下室）、250mm（人防頂板），頂板設(shè)計(jì)為單向板結(jié)構(gòu)。

2.1 梁截面優(yōu)化

在地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梁截面尺寸主要有300×700、300×800、400×800 等幾種，本案例從減小主次梁梁截面，減少不必要構(gòu)造筋角度出發(fā)，對(duì)兩種方案下的含鋼量及混凝土用量進(jìn)行比對(duì)：

⑴主梁

優(yōu)化前：無(wú)消防車(chē)荷載的區(qū)域X方向主梁截面300×700；

優(yōu)化后：無(wú)消防車(chē)荷載的區(qū)域X方向主梁截面250×650。

⑵次梁

優(yōu)化前：無(wú)消防車(chē)荷載的區(qū)域X方向次梁截面300×700；

優(yōu)化后：無(wú)消防車(chē)荷載的區(qū)域X方向次梁截面250×650。

優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)布置及配筋結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 梁截面及配筋結(jié)果比對(duì)

調(diào)整主次梁截面后，梁腹板高度hw由500mm減小至450mm，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第9.2.13條，可不設(shè)構(gòu)造腰筋及拉筋。其中hw的取值參照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第6.3.1條及9.2.13條之規(guī)定，以650高梁為例，hw=h（梁高）－h(huán)f（板厚）－as=650－160－40=450。

本案例鋼筋價(jià)格按照6000元/噸來(lái)進(jìn)行計(jì)算，混凝土按照C30混凝土500元/噸來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)濟(jì)性對(duì)比：每平米可節(jié)省造價(jià)7.48元。

減小梁高后，箍筋及混凝土用量也可減少。梁支座面筋增加,配筋率達(dá)到1.6%～1.85%，底筋基本不變，整體造價(jià)降低。但同時(shí)還要考慮到地下室頂板將來(lái)要堆土，且有施工車(chē)輛行走，配筋率太大會(huì)使結(jié)構(gòu)梁延性降低，有開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

圖3

2.2 梁配筋習(xí)慣調(diào)整

⑴主梁箍筋按設(shè)計(jì)習(xí)慣一般按加密區(qū)100，非加密區(qū)200設(shè)計(jì)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010中表6.3.3：四級(jí)框架梁的加密區(qū)箍筋間距最小值為150mm、8d、hb/4中三者最小值。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010第9.2.9條，700mm梁高對(duì)應(yīng)非加密區(qū)箍筋最大間距可取250。建議無(wú)消防車(chē)荷載區(qū)域X向主梁箍筋調(diào)整為8@150/250，詳見(jiàn)圖4。

圖4

⑵對(duì)于三段式的主梁，建議精細(xì)化設(shè)計(jì)箍筋，不應(yīng)全長(zhǎng)加密，詳見(jiàn)圖5。

圖5

⑶經(jīng)計(jì)算主次梁相交處剪力設(shè)計(jì)值約600kN，次梁兩側(cè)各3組四肢箍可承受的剪力為434kN，不足的承載力由吊筋承擔(dān)，須配置214（60°），吊筋可承擔(dān)剪力192kN，合計(jì)626kN，可滿足計(jì)算要求，詳見(jiàn)圖6。

圖6

2.3 框架柱混凝土標(biāo)號(hào)調(diào)整

地下室框架柱混凝土標(biāo)號(hào)按設(shè)計(jì)習(xí)慣普遍采用C30。本案例建議采取與主樓剪力墻相同的混凝土等級(jí)，由C30調(diào)整至C45，柱配筋可由計(jì)算配筋調(diào)整為構(gòu)造配筋，詳見(jiàn)圖7。

圖7

同時(shí)要考慮地庫(kù)荷載較大，存在不平衡堆載，且采用高強(qiáng)混凝土（比原設(shè)計(jì)提高3個(gè)等級(jí)）要注意養(yǎng)護(hù)，否則存在開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 地下室底板配筋率調(diào)整

該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)板厚為350mm，底板鋼筋為12@160雙層雙向拉通，按2.0%配筋率進(jìn)行設(shè)計(jì)。朱丙寅《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法》文中提到，當(dāng)防水板的配筋由水浮力控制時(shí)，防水板受力鋼筋最小配筋率按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB0010-2010第8.5.1條確定；當(dāng)為其他情況時(shí)，防水板受力鋼筋的最小配筋率按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB0010-2010第8.5.2條確定，不小于0.15%。

設(shè)計(jì)建議：水頭大于底板自重的通長(zhǎng)筋最小配筋率按0.2%；無(wú)水頭或者水頭荷載小于底板自重的按0.179%；筏板基礎(chǔ)底板可取0.15%。

2.5 筏板混凝土標(biāo)號(hào)調(diào)整

目前針對(duì)筏板基礎(chǔ)常規(guī)設(shè)計(jì)做法是采用C30混凝土設(shè)計(jì)，因C30混凝土具有較低的水化熱，且滿足混凝土耐久性的要求，在基礎(chǔ)中廣泛應(yīng)用。而筏板厚度一般情況下由沖切控制，因此在上部荷載一定的前提下，筏板基礎(chǔ)很難再進(jìn)一步做薄，優(yōu)化空間受到極大的限制。建議通過(guò)合理施工措施，將筏板混凝土強(qiáng)度等級(jí)由C30提高至C40，可以有效減小基礎(chǔ)厚度，從而達(dá)到節(jié)省成本的目的。同時(shí)應(yīng)注意，一般情況下，混凝土強(qiáng)度等級(jí)適當(dāng)提高可減小筏板厚度，降低構(gòu)造配筋量等。本建議可作為方案比選備選，混凝土強(qiáng)度等級(jí)可根據(jù)比選結(jié)果選擇，應(yīng)滿足抗彎、抗剪、抗沖切等驗(yàn)算。

2.6 地下室側(cè)壁配筋優(yōu)化

原設(shè)計(jì)擋墻厚度300，按承載力計(jì)算，外側(cè)墻底配筋為As=2610mm2。按裂縫控制計(jì)算，外側(cè)墻底配筋選用了D22@150+D22@150，實(shí)際配筋A(yù)s=5067mm2，裂縫驗(yàn)算寬度0.17mm<0.2mm。

按《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476-2008第3.5.4條，在荷載作用下配筋混凝土構(gòu)件的表面裂縫最大寬度計(jì)算值不應(yīng)超過(guò)表3.5.4中的限值。對(duì)裂縫寬度無(wú)特殊外觀要求的，當(dāng)保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度超過(guò)30mm時(shí)，可將厚度取為30mm計(jì)算裂縫的最大寬度。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施2009（結(jié)構(gòu)）》（混凝土結(jié)構(gòu)），按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB0010-2010公式計(jì)算得到的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構(gòu)件的裂縫寬度，對(duì)處于一類(lèi)環(huán)境中的民用建筑鋼筋混凝土構(gòu)件，可以不作為控制工程安全的指標(biāo)。其他基礎(chǔ)構(gòu)件（包括地下室擋土墻）的允許裂縫寬度可放寬至0.4mm。外墻擋土墻是壓彎構(gòu)件，計(jì)算裂縫寬度，目的是使裂縫控制在一定限度內(nèi)，以減少鋼筋銹蝕。但一類(lèi)環(huán)境中，裂縫寬度對(duì)鋼筋銹蝕沒(méi)有明顯影響。歐盟規(guī)范EN1992-1.1認(rèn)為“只要裂縫不削弱結(jié)構(gòu)功能，可以不對(duì)其加以任何控制”，“對(duì)于干燥或永久潮濕環(huán)境，裂縫控制僅保證可接受的外觀，若無(wú)外觀條件，0.4mm的限值可放寬”。

綜上所述，側(cè)壁配筋偏大原因?yàn)椋?/p>

⑴側(cè)壁按壓彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，裂縫計(jì)算寬度可減小。

⑵裂縫驗(yàn)算的保護(hù)層厚度取50mm偏大，可按30mm控制。

⑶裂縫驗(yàn)算的水位可按常水位，不必按最高水位。（本工程水位較低，水位非主要影響因素）。

側(cè)壁配筋優(yōu)化結(jié)果：計(jì)算中按壓彎構(gòu)件，適當(dāng)考慮墻頂荷載（側(cè)壁頂上梁板傳來(lái)），經(jīng)優(yōu)化，實(shí)配D18@150+D18@150（As=3386mm2），裂縫 0.187mm<0.2mm，比原配筋節(jié)省33%。

3 結(jié)論

地下室優(yōu)化的方向突破以往的結(jié)構(gòu)頂板選型局限，從各個(gè)角度如梁截面及配筋、框架柱混凝土標(biāo)號(hào)、基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號(hào)及配筋率、擋土側(cè)壁配筋等出發(fā)，打破常規(guī)設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。