地下室人防區域底板配筋率及負一層樓蓋體系選擇分析

王煥林

（廣州市建設投資發展有限公司，廣東 廣州 510000）

0 前言

隨著城市建設的迅速發展，各類新建小區相配套人防工程的建設量也逐年增大，地下室人防建設應當充分提高社會效益和經濟效益,提升城市的總體防護水平。目前，在經濟下行的趨勢下，房地產迎來巨大的調整，由于利潤率下降，因此建設方需要嚴控成本，進行精細化管理。如何安全、合理、經濟地進行計算分析，對優化設計方案，降低結構成本具有重要的意義。

該文通過對東莞某住宅小區項目的地下室進行分析，對地下室底板采用不同的配筋率進行對比、對負一層人防樓蓋采用不同的結構布置體系進行對比，從而得到的不同綜合造價數據并得出科學可靠的結論，對今后的工程設計和建設方判斷方案的經濟合理性具有參考價值。

1 工程實例概況

該工程位于廣東東莞大朗鎮。地上為33 層住宅塔樓，地下室層數為2 層，人防設置在負二層地下室區域，地下室負二層的平面布置圖如圖1 所示。地下室柱網采用“大小柱網”的形式，柱網跨度為5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m），負二層底板面相對標高為-8.71m，抗浮水位相對標高-1.9m，地下室標準跨的基礎形式為兩樁承臺，地下室底板厚度350mm，人防等級為核6 級。

圖1 底板不同配筋率方案綜合造價比較一

2 底板配筋率綜合造價分析

地下室人防區域底板的最小配筋率采用0.25%還是采用0.15%進行設計更經濟更合理，許多設計者都按照經驗方法，有的認為按照規范條文表格中的規定為0.25%，有的認為可根據規范條文的附注說明。規范對此并無明確規定，而人防區域底板最小配筋率會導致底板配筋經濟不確定性的原因如下：1）底板的荷載工況存在平時設計荷載工況和人防荷載工況。底板的跨中彎矩以及支座彎矩，存在平時設計荷載工況和人防荷載工況分別起控制作用的情況。2）《人民防空地下室設計規范》對平時設計荷載工況和人防荷載工況下的最小配筋率存在著不同的規定。

因此，有必要對人防區域底板做精細化的處理，根據平時設計荷載工況和人防荷載工況的控制作用情況，在滿足規范的前提下，分析采用不同的底板配筋率時的經濟效益。所以基于工程實例條件，根據《人民防空地下室設計規范》條文的計算規定，對底板采用不同配筋率配筋的情況，做綜合造價分析。

2.1 規范說明

底板荷載組合：根據《人民防空地下室設計規范》4.9.4條文的規定:底板荷載考慮永久荷載、等效靜荷載以及水壓力的組合。

彎矩折減：根據《人民防空地下室設計規范》4.10.4 條文的規定，底板跨中截面的計算彎矩值乘以折減系數0.9。

最小配筋率控制：根據《人民防空地下室設計規范》4.11.7 條第5 點,板中受拉鋼筋最小配筋率最小可取為0.15%。

根據《人民防空地下室設計規范》條文說明4.11.7的規定，底板的頂面鋼筋和底面鋼筋應該等量配置。

配筋方式：根據《人民防空地下室設計規范》條文說明D.3.2 的第2 點的規定，底層以及頂層鋼筋采用全部拉通鋼筋的方式。

2.2 推導分析

根據上述規范條文，確定底板配筋方案比選設計條件如下：1）底板跨中彎矩可以折減0.9，截面配筋由平時荷載工況控制；支座彎矩無折減，截面配筋由人防荷載工況控制。2）底板配筋采用雙層雙向鋼筋網+局部附加方式。通常鋼筋配筋率不應小于0.15%，支座截面處配筋率不應小于0.25%。3）當跨中板底通長筋配筋率小于0.25%時，跨中截面板面和板底應采用對稱配筋方式。4）當跨中板底通長筋配筋率不小于0.25%時，跨中截面板面配筋量可以大于板底配筋量。

在荷載、柱網、板厚等條件確定的情況下，通過調整樁承臺的尺寸，使得跨中板面計算配筋面積貼合設定配筋率的構造配筋面筋。分別取0.15%，0.20%，0.25%，0.30%四個配筋率方案進行軟件試算，得到不同的樁承臺尺寸，對應的底板綜合造價見表1。通過對比可以看出，當控制底板配筋率為0.25%時，底板的綜合造價最低，經濟性最優。

2.3 經濟性比對

從表1 可以看出，人防區域底板采用0.25%配筋率配筋的方式，經濟性最優。

表1 人防區底板配筋率綜合造價比較

從圖2 可以看出，人防區域底板通長筋采用0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比較綜合造價時，采用0.15%配筋率情況下的綜合造價最高，且相對于其余3 種配筋率，其綜合造價多了接近一倍，處于極不經濟的狀態。0.20%、0.25%、0.30%的配筋率的綜合造價均在450 元/m上下浮動，其中0.25%配筋率的綜合造價最低。其經濟性最優。經試算，承臺尺寸的變化對板面附加鋼筋配筋的影響較小。在鋼筋配置量已定且滿足沖切局壓的前提下，可對承臺的尺寸進行調整。經試算，在承臺尺寸調至2.8m×1.3m×0.8m時，按平時荷載組合工況下，沖切系數為1.2；按人防荷載組合工況下，考慮混凝土的提高系數后，沖切系數為1.18；均滿足規范的要求。經濟指標對比見表2。

表2 人防區底板0.25%配筋率綜合造價比較

由表2 可知，假定承臺高度為800mm，且底板通長配筋率為0.25%情況下，可對原有承臺尺寸進行優化，滿足承臺沖切、剪切等承載力計算要求下，承臺尺寸可由原來的3.3m×1.5m×0.8m 減少至2.8m×1.3m×0.8m，混凝土用量降低5.9%，綜合造價降低2.7%。

由圖2 可知，人防區域底板通長筋采用0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比較綜合造價時，按照設定的經濟限額標準為448 元/m的情況，采用0.20%配筋率的綜合造價在450元/m～460 元/m，采用0.25%配筋率的綜合造價在430～440 元/m，采用0.30%配筋率的綜合造價在460 元/m～470 元/m。0.30%配筋率的綜合造價最高，0.25%配筋率的綜合造價最低，其經濟性最優。

圖2 底板不同配筋率方案綜合造價比較二

綜上所述，對于目前常用的“大小柱網”的形式，柱網跨度范圍接近為5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m）的人防區域底板配筋，可建議采用0.25%配筋率雙層雙向拉通的方式，在不夠的地方附加鋼筋。

3 地下室負一層人防樓蓋比選分析

人防樓蓋的常用結構布置形式可分為梁板式樓蓋和無梁樓蓋形式2 種。梁板式樓蓋的工藝比較成熟，板梁柱的結構傳力體系明確，結構整體性比較良好，不足之處在于因為梁的存在，層高需要比較高，而且模板制作會加長工期。無梁樓蓋的結構形式相對來說，層高較低，而且支模簡單，施工方便可以節省工期，不足之處在于受力復雜，施工質量不穩定。

地下室負一層人防樓蓋的荷載有樓面恒載，樓面活載以及人防荷載。人防荷載只與靜荷載同時組合，不與活載組合。且常規武器爆炸動荷載和核武器爆炸動荷載均按一次作用考慮。進行人防頂板計算時，板的允許延性比按3.0 考慮。計算條件：柱網跨度為7.8m×（4.7m+6.7m+4.7m），層高為3.9 m，抗震設防烈度為7 度，場地類別為Ⅰ類，框架抗震等級為三級，混凝土等級為C30，鋼筋為HRB400，人防荷載按6 級，人防頂板最小厚度要求200 mm，人防荷載作用下材料綜合調整系數，鋼筋為1.35，混凝土為1.5。選取以下幾種樓蓋形式用盈建科軟件進行計算分析比較，得到各樓蓋體系經濟技術指標，各樓蓋梁板等計算參數見表3。

表3 人防地下室各樓蓋梁板計算參數

3.1 大板方案（梁按常規算法，板按塑性算法）

大板方案中，梁按常規算法，樓板按塑性算法進行計算，板厚采用200mm，板底配筋采用D10@130（鋼筋面積604mm）雙向拉通；板面配筋采用D8@100（鋼筋面積503mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.2 大板方案（按彈性板6算法）

大板方案中，梁按常規算法，樓板按彈性板6 算法進行計算，7.8m×6.7m 板跨的板厚采用250mm，其余板跨的板厚為200mm。7.8m×6.7m 板跨的短跨板底配筋采用D14@130（鋼筋面積1184mm）拉通，長跨板底配筋采用D14@150（鋼筋面積1026mm）拉通；其余板跨的板底配筋采用D12@170（鋼筋面積665mm）雙向拉通；板面配筋采用D8@100（鋼筋面積503mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.3 柱帽+有梁體系

柱帽+有梁體系采用框架柱位置加下柱帽以及拉設框架梁的樓蓋體系，板厚統一采用220mm，7.8m×6.7m 板跨的4 個柱帽尺寸為3000mm×3000mm，其余4 個柱帽尺寸為2500mm×2500mm，柱帽的厚度為500mm。板底及板面配筋均采用D12@110（鋼筋面積1028mm），板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.4 單次梁體系

單次梁體系采用框架梁及次梁的樓蓋體系，板厚統一采用200mm。D8@120（鋼筋面積419mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.5 經濟性比選

地下室負一層人防樓蓋（核六人防）采用大板方案（梁按常規算法，板按塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）、柱帽+有梁體系、單次梁方案4 種結構形式，其經濟性比選見表4。

通過對比分析，由表4 可知：1)混凝土用量最少的樓蓋形式是大板方案（梁常規算法板塑性算法），混凝土用量最多的樓蓋形式是單次梁方案。由于規范中對人防區域的最小板厚規定為200mm，因此在最接近最小板厚的條件下，梁數量或者截面越小，總混凝土用量越小。因此在該情況下，通常情況下單次梁方案可以降低板厚的優勢反而成為一種劣勢，所以單次梁方案的混凝土用量最多；將大板方案（梁常規算法板塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）、柱帽+有梁體系3 種樓蓋體系進行比較，其板厚分別為200mm、200/250mm 以及220mm，可以看出，在框架梁混凝土用量接近的情況下，采用大板方案（梁常規算法板塑性算法）的板厚是最小的，因此其總混凝土用量最少。2)從樓蓋鋼筋用量來看，大板方案（彈性板6 算法）的鋼筋用量是最少的，其次為大板方案（梁常規算法板塑性算法），單次梁方案，鋼筋用量最多的樓蓋形式是柱帽+有梁體系。由于柱帽+有梁體系中的配筋，不僅是梁配筋、樓板配筋，還有柱帽配筋，且板厚220mm 并不小，因此整體鋼筋用量較大。在大板方案中（梁常規算法板塑性算法），由于樓板采用了塑性算法，因此板厚相對較薄一些，節省了混凝土，由此也可以看出，與大板方案（彈性板6 算法）的樓板相比，采用彈性板6 的模擬假定算法，大大地增加了鋼筋用量。3)如表4 所示，地下室負一層人防樓蓋（核六人防）采用大板方案（梁按常規算法，板按塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）方案較為經濟，從經濟性考慮，地下室負一層人防樓蓋可以采用大板方案的樓蓋形式。

表4 負一層人防樓蓋（核六人防）造價預估

4 結語

通過對人防區域底板配筋率的選擇分析以及負一層樓蓋體系的選擇分析，可以看出，在人防結構設計中，筆者要從規范的基本規定入手，重點關注計算過程中不同工況下的不同荷載組合及相關構造規定，在選擇樓蓋體系時，應結合規范的構造規定，充分發揮鋼筋及混凝土的材料性能，選擇合理的結構布置體系，嚴格地掌握設計中遵循的每一項原則，科學地選用合理參數及尺寸，使設計符合最佳的效果。只有這樣才可以保障建筑人防結構的經濟安全，合理降低工程成本。