谈如何在设计中控制地下室结构含钢量

李春平

(南京地下工程建筑设计院有限公司，江苏 南京 210029)

0 引言

近几年房地产市场异常火爆，各个开发企业都在进行市场的扩张。为了节约成本开发企业通常会提出一定的“含钢量”要求，有时甚至会将此类要求写入合同，俗称“限额”设计。对此，设计人员很无奈但又不得不绞尽脑汁求得最优化的设计。鉴于此，笔者总结了一些在设计中可以用以控制地下室结构含钢量的方法，以供大家共同研究、探讨。

1 主动参与建筑方案设计

以往结构设计人员通常是在建筑方案已经基本确定后才开始介入设计，很多大的方向都已经确定，加之设计周期的限制，大的调整往往已不现实，所以明知结构布置不合理也只能勉强为之，导致结构设计上的不经济。

而事实上，一个设计作品“含钢量”的多少，往往已由建筑设计所决定，结构设计师所能做的只是通过专业知识对建筑的布置合理的优化，减少结构用钢量。要达到经济合理的含钢量，首先就要求结构工程师在建筑方案阶段就能积极介入，从全局上把握地下室的整体布局，寻求主动，协助建筑师做出建筑和结构相互协调并相得益彰的布置方案。

2 结构方案设计中应控制的参数

平面布置:建筑平面布置上应力求方正，尽量避免出现不规则平面，这就可以不需要或少布置抗扭构件，从而降低钢筋的使用量;控制平面长宽比，平面长宽比较大的建筑物，由于两主轴方向的整体刚度相差甚远，在水平力作用下，两向构件受力的不均匀性造成配筋不均，会增加钢筋用量。房间(板块)分隔不要相差太大，相邻板块相差越大也会导致计算负筋增大。

柱网:柱网尺寸均匀，可以使柱、梁、板构件的受力合理，从而降低构件的用钢量。最常见的单建掘开式地下汽车库可按长短跨8 000×5 000～6 600布置，经比较在保证相同停车数量的前提下，可以比目前常用的8 000×8 000(8 400×8 400)柱网节省更多的梁板配筋。

层高:层高不宜过高，过高的层高不仅会导致底板及侧墙等配筋的增加，还可能导致结构抗浮不够，从而大大的增加结构造价。地下自走式汽车库层高主要受库内净高、设备管线、结构梁高等影响，按经验一般可以控制在3.7 m～3.8 m(复式汽车库为4.4 m～4.5 m)。加强结构与设备专业以及设备专业之间的沟通和协调，尽可能使高度较大的风管等设备管线从梁高较小处通过。对变配电间、消防泵房等对层高要求较高的部位采用局部改变层高及设置设备吊装孔等办法可以降低结构整体高度。

地下水位:应考虑场地地形、周边道路布置并结合地质报告确定合理的水位高度。位于坡地的地下室可以采用设置盲沟(设计盲沟要永久有效)的方法降低抗浮水位。

覆土:覆土高度由地势变化、景观及管网分布等因素决定。因此，与景观设计专业的沟通协调同样重要。景观应分片分区设计，覆土一般要求草坪300 mm～400 mm，普通乔木1 000 mm，要种大树可采用局部堆土方式，但总体覆土不宜超过1 200 mm。景观设计还应结合综合管网走向，主要管网可采取局部降板方法处理;室外地面、顶板、底板排水坡度应尽量一致，如遇坡地可分段设计。

荷载:荷载计算值的选取是否准确关系到整个工程的含钢量是否正常。对于GB 50009-2001建筑结构荷载规范(2006版)第4.1.2条所列可折减的项目，应严格按所列系数折减。而消防车荷载(应尽量避开地下室顶板)可根据覆土厚度折减。荷载的计算应尽量精确，做到不漏算、不重算、不多算、不错算。荷载取值应严格按照最新版荷载规范取用，不宜擅自放大。对于一些特殊功能要求的地下室，应会同甲方共同测算荷载的取值。

混凝土强度等级:如无特殊情况人防地下室结构墙、板尽量不要采用C40及以上强度混凝土，因为人防结构中有很多地方的钢筋为最小配筋率控制。C40及以上混凝土的钢筋最小配筋率为0.3%，无形中会增加大量钢筋。

钢筋:尽量采用高强度钢筋HRB400，HRB500。

前试桩:所谓“前试桩”即为在工程桩施工前先进行试桩，并以此确定单桩极限承载力。一般设计图纸中单桩承载力均按照地质报告给出的数据估算得到，通过“试桩”可以较准确的确定单桩承载力，而且往往试桩的数据要高于预估算数据，按照试桩的数据重新调整桩长及配筋往往可以收到可观的经济效益。

顶底板结构形式:顶板，有梁，无梁。底板，有桩，无桩。一个结构形式的好坏以及经济与否需要通过工程多个方面的综合性比较，不可妄下结论。

结构概念设计:设计人员应根据规范和经验采取符合实际情况的计算模型，必要时采用手算复核。由于电算程序存在不完善之处，当计算结构出现超筋或报错等提示时，应当仔细分析超筋信息究竟是什么指标超限。许多时候计算超限并不一定是构件强度不足，而是因为结构平面或竖向不规则所引起的应力集中，导致产生薄弱部位。按照结构设计的基本概念需要仔细分析，采取有针对性的措施，就能够得到比较理想的结果。此时可不必严格按照程序计算结果配筋。

3 精细化设计

板:板配筋应尽量采用通长筋最小配筋率外加附加钢筋的形式，不同跨度板附加钢筋长度不同，可在合理的范围内细化，节省不必要的钢筋。

梁:适当减小顶板梁的架立钢筋，减小梁的归并系数，控制梁高以达到合理配筋率1.0%～1.5%。不要随意放大框架梁的配筋，特别是支座配筋，避免出现“强梁弱柱”的结构。钢筋可采用两种直径的钢筋搭配配筋，使配筋面积尽量接近计算及构造要求。相邻跨纵筋应考虑贯通，避免用不同直径钢筋在支座处分别锚固，使节点区钢筋重叠，造成浪费。梁柱重叠部分按刚域考虑可降低梁的配筋，若不考虑刚域影响时梁负筋可按柱边弯矩配筋。顶底板梁布置时不必每幅墙下都布置梁，有时一些小板块上的隔墙，即使把隔墙荷载等效为板面荷载，其计算结果也仅为构造配筋。板跨小、布梁多用钢量肯定会增多，而且可能使楼面荷载多次传递，造成受力不合理。

外墙:地下室外墙承载力按压弯构件计算。当地下室开挖施工设有刚性支护桩时，土压力可取静止土压力乘以折减系数0.66;抗裂验算可取常水位，混凝土保护层厚度可按GB/T 50476-2008混凝土结构耐久性设计规范中规定的30 mm进行裂缝宽度验算;墙顶、多层地下室顶板标高处及墙底可不设梁和暗梁;墙体可根据受力情况采用分离式配筋。对于人防结构外墙不要为了减少含钢量而轻易地考虑增加截面的厚度，因为减小结构受力配筋的同时可能会因厚度加大而增加人防构造配筋，可能会得不偿失。

楼梯:楼梯要根据实际情况采用不同结构形式。在一些工程中我们经常可以看到一些跨度较大的楼梯仍用板式，实际上当跨度大于3 m时改用梁式楼梯可节省一部分钢筋用量。人防地下室的楼梯分为主要出入口和次要出入口，次要出入口楼梯不必考虑人防荷载。

人防门门框墙:人防门分为防护密闭门和密闭门，两者在受力和功能上都有很大区别。防护密闭门直接承受人防荷载，应按照人防门框墙等效荷载按照悬臂构件进行计算，并根据悬臂的长度分档次配筋，不可统一取大值。密闭门只考虑核爆动余压，一般情况下按人防最小配筋率即可满足要求，不必按防护密闭门门框墙一样配筋。

4 结语

要在钢筋混凝土结构设计中节省用钢量，就必须全方位行动，宏观上给予定性掌握，微观上给予定量控制。总而言之，首先建筑形体在满足使用功能的前提下要为结构合理布局创造条件;其次结构布置和构件截面选择在满足结构和构件受力变形合理的前提下要有利于节约配筋量;最后在构件具体配筋上，在满足规范对构件的配筋构造要求前提下应以节省用钢量为目标，仔细推敲，科学合理地对钢筋规格作出选择。

以上所述仅为个人经验和看法，如有不当之处，敬请批评、指正。

[1] GB 50038-2005，人民防空地下室设计规范[S].

[2] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[3] GB 50009-2001，建筑结构荷载规范(2006版)[S].

[4] GB/T 50476-2008，混凝土结构耐久性设计规范[S].