地下室頂板大板加腋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

蔣國灼

(廣東華方工程設(shè)計(jì)有限公司， 廣東 廣州 510120）

城市土地資源稀缺促進(jìn)地產(chǎn)開發(fā)商對地下室的投入， 很多建筑項(xiàng)目中都設(shè)計(jì)有地下室， 地下室的建設(shè)比例不斷上升。 進(jìn)行大面積地下室建設(shè)過程中一般存在施工難度大和造價(jià)成本高等缺點(diǎn)， 選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的結(jié)構(gòu)形式是目前開發(fā)商迫切追求的。 而地下室頂板加腋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在跨中方向無次梁， 不僅能最大限度降低模板工程量和鋼筋綁扎工作量， 優(yōu)化地下室凈空條件， 還能提高梁端抗剪性能， 目前在北美洲已經(jīng)普及應(yīng)用。 加腋大板作為一種觀感好、 經(jīng)濟(jì)、 施工方便的新型樓蓋結(jié)構(gòu)體系， 近些年在我國地下室工程中應(yīng)用越來越多。 結(jié)合地下室頂板加腋大板體系結(jié)構(gòu)的實(shí)際原理分析， 同時(shí)以具體項(xiàng)目方案應(yīng)用為支撐， 通過理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行分析， 能為實(shí)際設(shè)計(jì)提供更有價(jià)值參考意義。

1 加腋大板結(jié)構(gòu)原理

一般情況下， 地下室結(jié)構(gòu)選型中選擇普通大平板結(jié)構(gòu)方案時(shí)， 其板支座處的配筋較大， 只能通過整體增加板的厚度實(shí)現(xiàn)降低板支座的配筋目的， 導(dǎo)致板自重和板支座處計(jì)算高度直接增加， 同時(shí)板的構(gòu)造配筋也隨之增多。 而加腋大板結(jié)構(gòu)體系， 由于在混凝土框架結(jié)構(gòu)中不設(shè)置次梁， 直接將樓板支撐在框架主梁上， 樓板采用板端部豎向加腋的平板， 能承載更多的負(fù)荷。 另外， 板在與梁交接處的負(fù)彎矩往往起控制效果， 實(shí)現(xiàn)減少支座配筋的同時(shí)也不會(huì)較多增大板支座和跨中彎矩， 達(dá)到結(jié)構(gòu)布置最合理化和結(jié)構(gòu)整體受力狀況改善， 能有效平衡建筑地下室工程的結(jié)構(gòu)需求及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的矛盾， 使結(jié)構(gòu)本身經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更加合理。

2 項(xiàng)目概況

某住宅建筑項(xiàng)目， 主要由地上16 棟18 層樓剪力墻結(jié)構(gòu)住宅、 1 棟26 層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)寫字樓和地下一層組成。 地抗震設(shè)防烈度設(shè)為6 度， 設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g。 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)崁固端，覆土1.5m。 結(jié)合項(xiàng)目的頂板覆土厚度較大的特點(diǎn)和甲方對含鋼量的要求， 因此， 在進(jìn)行本項(xiàng)目的地下室結(jié)構(gòu)體系選擇時(shí)， 擬采用變截面加腋大板結(jié)構(gòu)體系，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)為： 6.2 m×7.8 m。 通過借助加腋大板結(jié)構(gòu)優(yōu)勢， 實(shí)現(xiàn)結(jié)案方案的優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)效益的提高。

3 結(jié)構(gòu)方案比較

本項(xiàng)目的建設(shè)方對項(xiàng)目地下室的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有著明確的要求， 需要在確保結(jié)構(gòu)體系安全美觀的基礎(chǔ)上降低造價(jià)成本， 同時(shí)便于施工方施工作業(yè)， 提升施工效率。 目前國內(nèi)外一些常見的地下室頂板結(jié)構(gòu)形式有：十字梁、 單向板、 無梁樓蓋、 加腋大板等。 如何確定本項(xiàng)目的地下室頂板結(jié)構(gòu)形式及整體設(shè)計(jì)方案， 需要進(jìn)行多方面因素的對比考量， 如頂板覆土厚度、 樓板厚度、 建筑效果、 柱網(wǎng)尺寸、 施工便捷性等。 考慮到本項(xiàng)目地下室頂板存在荷載較大的現(xiàn)狀 （覆土荷載取30kN/m、 加腋大板消防車荷載取值20kN/m、 十字或單向梁樓蓋消防車荷載取值28kN/m）， 在符合基本設(shè)計(jì)要求基礎(chǔ)上， 下面選定十字梁、 單向板、 無梁樓蓋、 加腋大板幾個(gè)結(jié)構(gòu)形式作為比較對象， 具體分析如下。

3.1 十字梁結(jié)構(gòu)

結(jié)合計(jì)算分析得出， 本項(xiàng)目如采用十字梁結(jié)構(gòu)形式， 其框架梁最佳尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)為450mm×800mm， 次梁尺寸設(shè)計(jì)為350mm×700mm， 選取樓板厚度為180mm。 但由于下室層高為3.6m， 加上頂板下方需要預(yù)留600mm空間作為安裝各類風(fēng)機(jī)管道用， 如采用十字梁結(jié)構(gòu)， 因?yàn)榇瘟狠^多， 難以符合地下室規(guī)定的最小2.2m的凈高設(shè)計(jì)要求， 同時(shí)十字梁結(jié)構(gòu)方案施工需要較多的支模支撐， 施工操作開展難度大， 同時(shí)也拖延進(jìn)度。 因此， 本項(xiàng)目地下室結(jié)構(gòu)體系不適宜選擇十字梁結(jié)構(gòu)形式。

3.2 單向板結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目如采用單向板結(jié)構(gòu)形式， 按剛性板設(shè)計(jì)，荷載主要由梁承擔(dān)。 結(jié)合計(jì)算分析得出， 可以沿著6.4m的方向進(jìn)行次梁設(shè)置， 框架梁和次梁合理尺寸設(shè)計(jì)為400mm×800mm， 而7.8m方向框架梁尺寸則為550mm×850mm。 另外， 進(jìn)行單向板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選取的樓板厚度與上述十字梁結(jié)構(gòu)體系的厚度一致， 為180mm。 但與十字梁體系方案相比， 如采用單向板結(jié)構(gòu)， 可實(shí)現(xiàn)次梁數(shù)量減少一半左右， 同時(shí)也能更好控制施工進(jìn)度。 但考慮到需要設(shè)置較大的長方向框架截面尺寸以降低次梁傳來的集中力影響， 使得本項(xiàng)目的地下室層高無法符合單向板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求， 因此本地下室項(xiàng)目不適宜選擇單向板結(jié)構(gòu)形式。

3.3 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)

無梁板按彈性板設(shè)計(jì)， 板厚為350mm， 柱帽托板尺 寸 2000mm ×2000mm ×200mm， 柱 帽 尺 寸 為1400mm×1400mm×400mm。 無梁樓蓋結(jié)構(gòu)體系由于施工作業(yè)簡便、 樓層凈高較高， 在經(jīng)濟(jì)性、 美觀度和時(shí)間節(jié)約等方面存在一定的優(yōu)勢， 也是近年來我國一些項(xiàng)目中選擇較多的一種結(jié)構(gòu)方案。 但由于嵌固端為地下室頂板， 結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范對地下室頂板結(jié)構(gòu)形式的相關(guān)構(gòu)造要求， 地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍需要進(jìn)行梁板結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)， 其它地下室頂板做無梁樓蓋。 結(jié)合這個(gè)要求， 無梁樓蓋受嵌固層要求的限制， 不能應(yīng)用在所有部位， 同時(shí)無梁樓蓋受自身受力模式影響，容易出現(xiàn)柱沖切破壞情況， 特別是近年來一些地方出現(xiàn)的相關(guān)因?yàn)楹奢d超限導(dǎo)致地下室頂板開裂而引發(fā)相關(guān)人員傷亡事故， 讓人不得不重新考慮無梁樓蓋結(jié)構(gòu)實(shí)際使用價(jià)值。

3.4 加腋大板結(jié)構(gòu)

加腋大板結(jié)構(gòu)屬于梁板體系， 不同于其它結(jié)構(gòu)體系的最大特點(diǎn)在于其僅在框架柱間進(jìn)行框架梁的設(shè)置， 同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目需求除局部洞口處， 其它地方不用設(shè)置次梁。 同時(shí)由于加腋大板結(jié)構(gòu)的樓板較厚這個(gè)優(yōu)勢， 樓板能依照彈性板計(jì)算， 梁板共同受力。 另外，通過局部加厚加腋大板支座附近的樓板厚度， 進(jìn)一步抬升整個(gè)樓板的彎矩， 實(shí)現(xiàn)樓板跨中的正彎矩減少，使得整個(gè)構(gòu)件內(nèi)力呈均勻分布。 因此， 本項(xiàng)目如采用加腋大板結(jié)構(gòu)體系， 通過科學(xué)計(jì)算， 本地下室項(xiàng)目框架梁設(shè)計(jì)的尺寸選擇為450mm×700mm， 板加腋高度設(shè)計(jì)選定200mm， 樓板厚度設(shè)計(jì)為250mm， 不僅能確保地下室凈高要求， 還能提高跨度和承載力， 實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的配筋節(jié)約， 降低項(xiàng)目造價(jià)成本。 下面對以上四種結(jié)構(gòu)體系方案的經(jīng)濟(jì)性比較概況如下表1 所示。

表1 純地下室頂板結(jié)構(gòu)形式比較分析

結(jié)構(gòu)形式 鋼筋含量/（kg·m-2） 砼含量/（m3·m-2） 適用范圍 特點(diǎn)十字梁 71.42 0.37 所有部位 安全儲(chǔ)備高、 施工進(jìn)度慢單向板 75.07 0.35 所有部位 受力方向梁截面較大無梁樓蓋 66.42 0.43 嵌固層主樓及相關(guān)范圍以外 觀感好、 施工進(jìn)度快、 脆性破壞加腋大板 65.23 0.36 所有部位 梁截面較小、 觀感較好、施工進(jìn)度快

結(jié)合以上不同結(jié)構(gòu)形式對比分析結(jié)果來看， 本項(xiàng)目地下室頂板如選取加腋大板結(jié)構(gòu)方案比普通有梁板結(jié)構(gòu)方案更有優(yōu)勢。 加腋大板結(jié)構(gòu)通過實(shí)現(xiàn)對腋部的受力加強(qiáng)， 不僅實(shí)現(xiàn)對控制板的自重的有效控制， 還能最大程度減少支座彎矩。 結(jié)合板的加腋區(qū)底部為主要受壓部分特征， 可以在此處斷開板底筋。 另外， 為了實(shí)現(xiàn)支座最大彎矩目的， 本項(xiàng)目通過采用分離配筋作為板支座加腋部分負(fù)筋， 同時(shí)還通過額外的附加鋼筋 （附加長度可取板跨 1 /4） 等處理措施實(shí)現(xiàn)。 因此， 加腋大板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可以有效減少梁的高度和數(shù)量， 加大了地下室凈高， 觀感較好， 還能加快施工進(jìn)度， 經(jīng)濟(jì)性更高。 最終， 該項(xiàng)目地下室頂板采用大板加腋的方案。

4 結(jié)語

目前， 在地下室工程中， 頂板結(jié)構(gòu)體系的選擇對工程觀感、 安全、 施工進(jìn)度、 整體造價(jià)有著直接的關(guān)聯(lián)， 進(jìn)行的科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)體系選擇成為地下室工程設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。 加腋大板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用能夠發(fā)揮其厚度方面的優(yōu)勢， 有效縮短施工周期和降低工程成本。本文通過工程實(shí)例， 從工程實(shí)際需求出發(fā)， 通過多種結(jié)構(gòu)體系對比分析， 最終選取加腋大板結(jié)構(gòu)體系， 同時(shí)不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力狀況， 做好梁截面、 板截面的設(shè)計(jì)與選型， 不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力狀況， 降低施工中混凝土、 鋼筋等材料的用量， 提高工程經(jīng)濟(jì)效益。