地下室顶板结构方案选择与适应性结果对比分析

地下室顶板结构方案选择与适应性结果对比分析

张骏斌

华的工程设计（广东）有限公司  广东佛山  528000

摘要：地下室顶板是人防工程防御系统中的一个重要组成部分，在应对空袭和突发事件中扮演着举足轻重的角色，是保持战争潜力，减少人员和物质流失的重要屏障。在地下室顶板结构方案设计和选择中不仅要符合现行技术法规、规范和规定，贯彻安全、适用、经济合理等标准，还必须重点对建设项目中的人防基础进行了具体的分析。本文以某地下室标准跨为研究对象，对大、小柱网地下车库不同顶板结构形式的经济性进行了分析比较，针对方案选型和适应性结果进行了对比。但根据具体建筑的实际情况，在一般应用中要结合某一具体建筑进行选型，并充分考虑消防荷载、人防荷载的影响和甲方的需求，选取合理经济的结构形式，避免以偏概全。

关键词：地下室顶板；梁板结构形式；大柱网；小柱网；经济指标

引言

随着我国人民生活水平快速提高，越来越多的家庭购置私家车，在高层住宅项目中，开发商对于地下室停车位的需求越来越大，需要在提供更多的停车位的前提下，控制地下室的建造成本，而对于地下室成本的控制，主要跟地下室顶板采用的结构形式关系较大，如何选用合适的结构形式，既能满足结构安全性，又能达到预期的成本，成为设计人员的一大难题。有学者通过学术研究，得出地下室顶板采用预应力筋的无梁楼盖更具优势，也有学者在层高、覆土厚度及柱距等方面的研究，得出地下室顶板采用单项双次梁结构体系最经济；本文通过PKPM 软件计算分析大柱网、小柱网两种柱跨，针对主梁大板结构形式、十字次梁结构形式、单项双次梁结构形式、单项单次梁结构形式进行含钢量、混凝土用量、模板用量及综合单价对比分析，得出相应的结论。

1 工程概况

某地下室柱网尺寸如表1 所示，柱截面尺寸为600mm ×600mm，为研究地下室标准跨的各项指标，本文取地下室7×7 跨作为研究对象。顶板覆土厚度为1.2m（恒载取值21.6kN/m2），不考虑消防车荷载和人防荷载，活荷载取5kN/m2。各类构件的混凝土强度等级为C30，钢筋强度等级为HBR400。根据《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2018）4.1.7 条的要求，防水混凝土顶板结构厚度取250mm；考虑各塔楼满足地下室顶板嵌固端的构造要求，地下室顶板最小配筋率取0.25%，且要双层双向拉通配筋，支座处配筋不足应附加钢筋。

2 顶板结构选型

目前，常用的地下室顶板结构类型有主梁大板结构、十字次梁结构、单项双次梁结构，单项单次梁结构以及无梁楼盖结构等。地下室顶板结构方案的选择受多方面因素的制约，主要包括地下室顶板覆土厚度、柱网大小、顶板厚度、地下室层高及嵌固条件等因素。根据规范以及实际工程经验，可以认定无梁楼盖结构不适宜作为上部结构的嵌固端，且无梁楼盖施工难度较大，延性较差；因此本文进行了大柱网（主梁大板结构、十字次梁结构以及单向双次梁结构）和小柱网（主梁大板结构、十字次梁结构以及单向单次梁结构）的综合造价成本的对比分析，地下室顶板具体结构布置方案如表1 所示，大柱网车位布置图、小柱网车位布置图分别如图1 和图2 所示。

图1 大柱网停车位平面布置图

图2 小柱网停车位平面布置图

表1 地下室顶板结构布置方案

3 各方案经济指标对比分析

针对本次地下室标准跨的研究，结构计算软件采用PKPM（v1.2.1），采用框架结构体系，抗震等级为三级。工程量统计包括钢筋含量、混凝土含量以及模板用量。图3～图5 为大柱网三种结构形式的标准跨配筋样板图，图6～图8 为小柱网三种结构形式的标准跨配筋样板图；表2 为各方案单位面积钢筋含量、混凝土含量、模板用量以及综合单价（采用PKPM 软件工程量统计），根据目前市场上的行情，可以大概得出钢筋综合单价为5 028 元/t、混凝土综合单价485 元/m3、模板综合单价58 元/m2。

图3 主楼大板梁配筋（板厚350mm，主梁500mm×800mm)

图4 十字梁配筋（板厚250mm，主梁500mm×800mm，次梁300mm×700mm)

图5 单向双次梁配筋（板厚250mm，主梁500mm×950mm、300mm×800mm，次梁300mm×800mm）

图6 主楼大板梁配筋（板厚250mm，主梁400mm×650mm、400mm×550mm）

图7 十字梁配筋（板厚250mm，主梁400mm×650mm、400mm×550mm，次梁300mm×500mm）

图8 单向单次梁配筋（板厚250mm，主梁400mm×650mm、300mm×600mm，次梁300mm×600mm）

表2 地下室顶板单位面积综合单价

4 结果分析与对比

根据表2 的统计数据，针对本次研究，可以得出如下初步结论：

大柱网地库：

（1）单向双次梁结构造价最经济，主梁大板结构与十字次梁结构造价次之，二者造价相差不大；（2）单向双次梁结构虽然造价最低，但主梁梁高比其他两种主梁高150mm，根据工程经验，地下室每增加100mm 左右，综合造价约增加20 元/m2，故三者的造价相差不大；（3）单向双次梁结构和十字次梁结构，因板跨较小，250mm 厚楼板即便是构造配筋，也不能完全发挥其强度作用；（4）相对于单向双次梁结构，十字次梁结构的裂缝和扰度相对较小，从耐久性和防水要求来看，更具有优势；（5）主梁大板结构相对于其他结构来说，楼板能完全发挥其强度作用，无次梁，对于施工而言相对便捷，模板量较少，且工期较短等优势；

小柱网地库：

（1）主梁大板结构造价最经济，单向单次梁结构造价次之，十字次梁结构造价最高；（2）相对于单向单次梁和十字次梁，主梁大板能充分发挥楼板的强度作用，且施工便捷，工期较短；（3）相对于大柱网地库，小柱网地库采用主梁大板结构、十字次梁结构分别节省了144 元/m2、73 元/m2 的费用，小柱网地库层高比大柱网地库层高低了0.15m；单从造价而言，小柱网地库是更经济的；

5 适用性探讨及分析

以上只针对无消防车和无人防荷载情况下地库标准跨的研究，如果柱跨、覆土厚度、消防车荷载以及嵌固条件等因素发生变化，顶板结构形式也将相应变化，上述结果分析并不完全适用于任何项目，应结合工程实际情况来选择合适的楼盖结构：（1）柱跨和覆土厚度。柱网加大、覆土厚度变大、消防车和人防荷载的增加，主梁大板结构板配筋将由强度控制转变为裂缝控制，耐久性和安全性将降低，而十字次梁结构楼板强度得到充分发挥，更具有经济优势；（2）嵌固条件因素。如果顶板不作为上部塔楼的嵌固端，则可以采用无梁楼盖结构。无梁楼盖结构自重较轻，无框架梁，更有利于地下室设备综合管线的布置，合理利用空间，能减小地下室层高，进行减少基坑开挖、支护和降水等费用。在条件允许的情况下，无梁楼盖综合造价会比梁板结构更具经济优势，但板柱节点钢筋较密（福建省还要求设置型钢），施工难度较大，且板柱节点两侧抗冲切呈现脆性破坏，全国已出现多例使用无梁楼盖结构而导致的结构连续性倒塌的安全事件，故无梁楼盖在实际工程中需谨慎使用。此外，顶板结构的经济性还跟当前的人工费用以及实际的材料相关，不同时期和地区，人工费用和材料价格波动较大，设计人员需根据当地实际情况综合考虑。

6 结语

针对本次标准跨的测算，考虑到防水混凝土厚度至少250mm 的要求。对于大柱网，单从综合造价而言，单向双次梁更具优势，但会增加地下室开挖量，且楼板的强度不能完全发挥；考虑到施工便捷，缩短工期的条件下，建议选择主梁大板结构。对于小柱网，无论是从综合造价还是从楼板强度的发挥作用，主梁大板结构都应优先选用；如果单从造价而言，小柱网比大柱网更具有优势。每个项目的柱跨、覆土厚度、消防车经过区域及人防范围都是不一样的，设计人员应通过分析把握整个项目的地库的实际情况，选用合适的顶板结构形式，满足安全性和实用性的前提下最经济。

参考文献：

[1]沈古成,邹志祥.同楼盖形式下地下车库顶板经济技术分析[J].江苏建筑,2013(05):32-35.

[2]曾秉祥.地下车库结构设计成本控制[J].南昌工程学院学报,2012(04):57-61.

[3]GB 50108-2018,地下工程防水技术规范[S].

[4]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].