劉付華,方偉明,史坤峰,陳伯平，覃銀輝

（1.中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，長沙 410004;2.中國建筑第五工程局有限公司,長沙 41004; 3.中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,長沙 410004）

小柱網(wǎng)地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多方案比選分析

劉付華1,方偉明1,史坤峰1,陳伯平2，覃銀輝3

（1.中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，長沙 410004;2.中國建筑第五工程局有限公司,長沙 41004; 3.中南林業(yè)科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,長沙 410004）

論文就小柱網(wǎng)情況下地下室頂板結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化比選;小柱網(wǎng)情況下地下室頂板在有消防車和沒有消防車荷載作用下結(jié)構(gòu)方案對比及小柱網(wǎng)和大柱網(wǎng)情況下地下室頂板結(jié)構(gòu)方案對比等3方面對小柱網(wǎng)情況下的地下室頂板結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了分析,繪制詳細(xì)施工圖并進(jìn)行工程量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算。從地下室凈高、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工情況等多方面綜合分析各個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，為在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用時選擇最優(yōu)的地下室頂板方案及柱網(wǎng)提供參考。

小柱網(wǎng)；大柱網(wǎng)；消防車荷載；地下室頂板結(jié)構(gòu)方案；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.06.001

1 引言

最近15a國內(nèi)房地產(chǎn)市場不斷擴(kuò)大發(fā)展，地下室尤其是大型住宅小區(qū)的地下室面積也在不斷增加，地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往是業(yè)主方著重關(guān)注的重點(diǎn)，尤其是競爭日趨白日化的房地產(chǎn)市場，成本控制是地產(chǎn)公司考核設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。其中，地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮以下2個方面因素成為地下室設(shè)計(jì)中的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)：其一，所受荷載大，包括覆土、消防車荷載及人防荷載，所用材料多；其二，受設(shè)備專業(yè)空間要求限制，地下室層高要求較高，地下室頂板的造價(jià)在整個地下室中占較大比重，因此，業(yè)主方尤其是國內(nèi)大型地產(chǎn)公司往往要求設(shè)計(jì)方在初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行地下室頂板結(jié)構(gòu)多方案的優(yōu)化比選。

目前，國內(nèi)就此方面的研究也比較多，有認(rèn)為綜合考慮造價(jià)、施工、結(jié)構(gòu)性能等因素，認(rèn)為地下室頂板采用無梁樓蓋方案和加腋梁板方案相比于傳統(tǒng)的主次梁結(jié)構(gòu)方案具有更加廣泛的應(yīng)用前景[1]。有對4種不同梁截面的普通梁板樓蓋與無梁空心樓蓋做了詳細(xì)分析，比較了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)[2]；有認(rèn)為無梁樓板時可降低層高，減小地下室埋深，有明顯的綜合經(jīng)濟(jì)效益[3]。以上關(guān)于地下室頂板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選均是建立在柱網(wǎng)尺寸為8.1mm×8.1mm左右的情況下，即考慮一個柱網(wǎng)停3臺小車（本文統(tǒng)稱為大柱網(wǎng)）的情況下，然而對一個柱網(wǎng)停2臺小車的情況（本文統(tǒng)稱為小柱網(wǎng)）研究分析較少，本文就以下3個方面進(jìn)行了研究:小柱網(wǎng)情況下地下室頂板結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化比選、小柱網(wǎng)情況下地下室頂板在有消防車和沒有消防車荷載作用下結(jié)構(gòu)方案對比分析及小柱網(wǎng)和大柱網(wǎng)情況下地下室頂板結(jié)構(gòu)方案對比分析研究。

2 小柱網(wǎng)情況下頂板方案優(yōu)化比選分析

2.1 方案基本情況

方案制定依托長沙某項(xiàng)目的非人防地下室進(jìn)行,地下室為停車庫，層數(shù)為1層，層高為3.6m，東西向長約400m，南北向長約100m，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)尺寸為5.4m×5.4m，局部5.4m×6.1m，建筑面積約34000m2,地庫上部分布著19棟7層的多層建筑住宅，多層住宅為異型柱框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50a，上部結(jié)構(gòu)嵌固端在地下室頂板。地下室頂板覆土厚度1.5m，恒載取值27kN/m2;活荷載考慮消防車荷載，且考慮1.5m厚覆土按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2012）附錄B進(jìn)行折減。本工程抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，水平地震影響系數(shù)αmax=0.04，設(shè)計(jì)特征周期Tg=0.35s；設(shè)計(jì)地震分組為第一組；建筑場地類別為Ⅱ類。主樓抗震等級為三級，抗震基本參數(shù)見表1。本工程基本風(fēng)壓：0.35kN/m2，地面粗糙度類別為B類，基本雪壓：0.45kN/m2（50a一遇），建筑結(jié)構(gòu)的安全等級為二級。

表1 抗震基本參數(shù)

2.2 各個方案擬定及主要構(gòu)件參數(shù)

2.2.1 各個方案的擬定

地下室標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)為5.4m×5.4m，研究時按長、寬方向均為5跨進(jìn)行計(jì)算，主要研究普通地下室頂板采用以下3種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。方案1：僅設(shè)置框架主梁的大板方案；方案2：設(shè)置框架主梁和1根次梁的“十字梁”方案；方案3：普通無梁樓蓋方案。柱子基本截面尺寸為400mm× 600mm，梁板混凝土標(biāo)號為C35，各個方案的布置簡圖見圖1。

圖1 各個方案簡圖

2.2.2 各種方案主要構(gòu)件參數(shù)情況

各個方案的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 小柱網(wǎng)情況下有消防車、無人防荷載時頂板方案選型比較（參數(shù)）

2.3 各方案施工圖繪制及工程量計(jì)算

因圖幅較大，施工圖在此省略。

根據(jù)各個方案，計(jì)算各個方案的工程量和綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，見表3和表4。

2.4 各方案比選分析

從地下室凈高考慮，此工程地下室層高3.6m，扣除梁高和板厚后，地下室結(jié)構(gòu)凈高見表5。假設(shè)設(shè)備管線要求占用梁或板下0.6m高度，扣除設(shè)備管線高度后地下室建筑高度匯總見5。

表3 小柱網(wǎng)情況下有消防車、無人防荷載時頂板方案選型比較（工程量）

表4 小柱網(wǎng)情況下有消防車、無人防荷載時頂板方案選型比較（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）

表5 各個方案建筑及結(jié)構(gòu)凈高

從表5可知，根據(jù)《車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ100—2015）[4]4.2.5及4.3.6條，方案一（大板）、方案二（十字梁）、方案三（普通無梁樓板）的建筑和結(jié)構(gòu)高度均能達(dá)到規(guī)范要求。方案三（普通無梁樓板）則有較高的結(jié)構(gòu)高度和建筑高度，地下室無壓抑感，使用舒適；從模板指標(biāo)來看，方案三（普通無梁樓板）支模工程量比較少，能大大節(jié)約施工周期，其次是方案一（大板），支模工程量也不大，支模工程量最大的是方案二（十字梁）。方案三（普通無梁樓板）的含鋼量為42.309kg/m2,相比方案一（大板）、方案二（十字梁）分別少34.298kg/m2、16.512kg/m2,為含鋼量最省方案。

從每平方米的綜合單價(jià)來看，方案三（普通無梁樓板）為 470.32元/m2,相比方案一 （大板）、方案二 （十字梁）分別少107.11元/m2、57.50元/m2,節(jié)約造價(jià)非常明顯，以此地下室為例，使用無梁樓蓋部分的地庫面積約為12 000m2，方案三相比方案一和方案二能節(jié)約總造價(jià)約128.5萬元、69.00萬元。

3 小柱網(wǎng)情況下有消防車和沒有消防車荷載作用下對比分析

3.1 方案基本情況

基本情況同“小柱網(wǎng)情況下頂板方案優(yōu)化比選分析”,考慮地下室除消防車道和消防撲救面需要考慮消防車荷載外，其余位置一般不考慮消防車荷載，本方案在研究“小柱網(wǎng)情況下頂板方案優(yōu)化比較分析”的情況下取消了消防車荷載，改用普通活荷載為5kN/m2。

3.2 各個方案擬定及主要構(gòu)件參數(shù)

各個方案的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 小柱網(wǎng)情況下無消防車、無人防荷載時頂板方案選型比較（參數(shù)）

3.3 各方案施工圖繪制及工程量計(jì)算

因圖幅較大，總工程量和施工圖在此省略。

根據(jù)各個方案，計(jì)算其各個方案的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表7。

表7 小柱網(wǎng)情況下無消防車、無人防荷載時頂板方案選型比較（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）

3.4 比選分析

從表7和表4數(shù)據(jù)對比來看，和有消防車情況比較，無消防車荷載作用下，方案1（大板體系）、方案2（十字梁體系）和方案3（無梁樓蓋體系）單位造價(jià)降低了137.87元/m2、98.76元/m2、46.31元/m2。

從表7可以看出，小柱網(wǎng)情況下無消防車荷載時，采用無梁樓蓋體系仍然是最節(jié)約的方案，相比方案1（大板體系）和方案2（十字梁體系）僅節(jié)約15.55元/m2和5.05元/m2。相比有消防車荷載作用時最省方案3（無梁樓蓋體系）比最貴方案1（大板體系）少107.11元/m2，節(jié)約幅度大大減少，說明在無消防車荷載作用的情況下，無梁樓蓋體系方案在經(jīng)濟(jì)性方案的優(yōu)越性難以得到體現(xiàn)。但采用方案3（無梁樓蓋體系），建筑、結(jié)構(gòu)凈高仍最高，有地下室層高壓縮空間，能從地下室墻、柱工程量減少及降低了底板抗浮水位等多方面節(jié)約地下室造價(jià)。

4 小柱網(wǎng)和大柱網(wǎng)情況下3個方案對比分析研究

4.1 方案基本情況

方案基本情況同“小柱網(wǎng)情況下頂板方案優(yōu)化比選分析”，只是增加了人防荷載作用。

4.2 各個方案擬定及主要構(gòu)件參數(shù)

地下室標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)為7.8m×8.1m，研究時按長、寬方向均為5跨進(jìn)行計(jì)算，主要研究普通地下室頂板采用以上3種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點(diǎn)及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。柱子基本截面尺寸為550mm×550mm，梁板混凝土標(biāo)號為C35，各個方案的布置簡圖見圖2，各個方案的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表8和表9。

圖2 大柱網(wǎng)基本方案

表8 小柱網(wǎng)情況下有消防車、有人防荷載時頂板方案選型比較（參數(shù)）

表9 大柱網(wǎng)情況下有消防車、有人防荷載時頂板方案選型比較（參數(shù)）

4.3 各方案施工圖繪制及工程量計(jì)算

根據(jù)各個方案，計(jì)算其綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，見表10和表11（總工程量省略）。

表10 小柱網(wǎng)情況下有消防車、人防荷載時頂板方案選型比較（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）

表11 大柱網(wǎng)情況下有消防車、人防荷載時頂板方案選型比較（經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）

4.4 比選分析

由表8和表9可知，大柱網(wǎng)情況下，根據(jù)《車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ100-2015）4.2.5及4.3.6條，采用方案1（大板體系）、方案2（十字梁體系）時地庫最少層高需要0.9+2.2+0.6=3.7m，比小柱網(wǎng)情況下增加0.1m。

通過表10和表11可以看出，和大柱網(wǎng)相比，小柱網(wǎng)情況下采用方案1（大板體系）、方案2（十字梁體系）、方案3（無梁樓蓋體系）分別節(jié)約了124.9元/m2、67.35元/m2、49.47元/m2，扣除柱子根數(shù)的增加費(fèi)用，節(jié)約是十分明顯的。

5 結(jié)論及建議

根據(jù)上述對樓蓋方案的對比分析，得出以下結(jié)論和建議：

1）小柱網(wǎng)情況下，有消防車、無人防荷載作用時，地下室頂板采用方案三（普通無梁樓板），結(jié)構(gòu)凈高較高，每平方米造價(jià)最省，可作為小柱網(wǎng)地下室頂板樓蓋方案的首選方案。

2）無消防車、無人防荷載作用下，小柱網(wǎng)情況下地下室頂板采用方案三（普通無梁樓板）仍然是最節(jié)約的方案，只是和方案1（大板體系）、方案2（十字梁體系）相比減少幅度有限，但考慮地下室凈高等因素，建議采用優(yōu)選方案三（普通無梁樓板）。

3）和大柱網(wǎng)相比，當(dāng)有消防車、有人防荷載作用時，小柱網(wǎng)情況下地下室頂板采用方案1（大板體系）、方案2（十字梁體系）、方案3（無梁樓蓋體系）都能節(jié)約造價(jià)，小柱網(wǎng)用鋼量少，能有效降低地下室頂板施工難度，建議根據(jù)主樓柱網(wǎng)優(yōu)先布置小柱網(wǎng)。

4）根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）[5]6.1.14條及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）[6]3.6.3條，的相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)”，根據(jù)此條及參考文獻(xiàn)[7]對地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時的相關(guān)分析，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位，又想采用方案三（普通無梁樓板）時，最好在方案階段和初步設(shè)計(jì)階段提前和施工圖審查中心溝通，保證方案的順利實(shí)施。

【1】徐建明.地下室頂板結(jié)構(gòu)多種方案的經(jīng)濟(jì)分析[J].建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 2012（1）:111-113.

【2】張圣海，覃維.某工程8.1×8.1柱網(wǎng)地下室頂板樓蓋方案結(jié)構(gòu)選型[J].四川建筑，2012（4）:169-171.

【3】李國勝，閆穎.高層建筑地下室及地下車庫結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟(jì)比較[C].第十九屆全國高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會議論文，2006.

【4】JGJ100—2015車庫建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【5】GB50011—2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【6】JGJ3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

【7】朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

The Scheme Optimization Selection of the Basement Roof Structure Design Under Small Column

LIU Fu-hua1,FANGWei-ming1,SHI Kun-feng1,CHENGBo-ping2,QINYin-hui3,
（1.ChinaMachinery International Engineering Design&ResearchInstituteCo.Ltd.,Changsha 410004,China; 2.China Construction Fifth Engineering Division Co.Ltd.,Changsha 410004,China; 3.Department of CivilEngineeringandMechanics,Central SouthUniversityof ScienceandTechnology,Changsha 410004,China）

The basement roof structure scheme under small column grid was analyzed from the follow ing three aspects:the structure scheme optim ization selection,the structure scheme comparison in fire truck loading and no fire truck loading,the structure scheme comparison insmallcolumngrid and largecolumngrid.Thedetailedworkingwasdrawnup,thedetailedwork amountand econom ic index were calculated also.In order to provide reference to select the optimal basement roof scheme and column grid,the advantages and disadvantageswereanalyzed comprehensively from thebasementnetheight,econom icindex,constructionetc.

smallcolumngrid;largecolumn grid;truck loading;basementroofstructurescheme;econom ic indexx

TU93

A

1007-9467（2016）06-0025-04

2015-12-10

中機(jī)國際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司2015年度科研業(yè)務(wù)建設(shè)立項(xiàng)項(xiàng)目（201504）

劉付華（1980～），男，湖南婁底人，高級工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）285455701@qq.com。