地下室楼盖结构的经济性分析

黄海鑫

摘要：地下室设计是建筑结构设计中重要的组成部分。地下室顶板结构形式有多种，在保证结构可靠性和使用性的前提下，还应兼顾其经济性指标。.本文结合工程实际，针对工程地下室结构设计作出多种不同布置形式的方案分析比较，以达到安全适用，经济合理的设计目的

关键词：地下室结构；经济性

1 工程概况

该工程由10栋单体建筑组成，采用现浇框架结构。本工程总建筑面积约为 240000m2，其中，地上建筑面积约为 13.30000m2，2 层（局部 3 层）地下室建筑面积约为 10.70000m2。除 T1、T6 首层及地下 1 层和地下 2 层商业部分为重点设防类（乙类）之外，其余单体均为标准设防类（丙类）。

结合商业规划、建筑场地以及使用功能的要求，T1、T6 塔楼在首层与商业裙房不设置分隔缝，作为 2 层以上塔楼的底盘连为整体；T10 通过设置防震缝和双向滑动支座钢连廊，拆分为 4 个单体独立设计；其他各单体结构自首层起完全分开、彼此独立；各单体结构均以地下室顶板作为嵌固端。

2 楼盖结构方案

2.1 楼盖计算单元

选取柱网尺寸为 8.5 m ×8.5 m，水平及竖直方向均为 5 跨的现浇钢筋混凝土楼盖作为计算模型，计算结果取图1所示的居中区域作为楼盖计算及分析单元。地下室顶板铺设 1.0 m 厚的覆土，其容重取 18 kN/m2。顶板考虑建筑面层营造做法，取恒荷载为 4 kN/m2，活荷载考虑消防车荷载 20 kN/m2，按照文献[1]中依据楼盖板格跨度的大小分别予以折减，其数值不小于 10 kN/m2。

图1 楼盖计算单元示意图

地下室框架柱的截面尺寸取600 mm×600 mm，框架梁截面尺寸及顶板厚度随楼盖布置方式的变化取值不同。地下室结构抗震等级为二级，框架柱、框架梁板的混凝土强度等级分别为 C55、C35，梁纵筋、箍筋和板钢筋均采用 HRB400。

2.2 楼盖布置方式

地下室结构常用的楼盖形式有主次梁楼盖、十字梁楼盖、无梁楼盖等多种结构型式，本文依据规范[2]对地下室顶板分别提出单向单道次梁体系、单向双道次梁体系、十字次梁体系、井字次梁体系、无次梁厚板体系、空心楼盖体系共计 6 种结构楼盖布置方案（图2），对其分别进行结构计算分析，以比较不同楼盖的经济性。

图2 比选楼盖结构布置图

2.3 结构设计原则

基于上述楼盖平面布置形式，为便于比较计算结果，主次梁截面尺寸和板厚的确定以梁、板配筋满足相关规范及规程[3-5]的设计要求，并使梁、板的配筋处于合理范围之内作为前提条件，具体如下：

（1）结构梁、板的挠度以 1/250 作为控制标准；

（2）结构梁、板的顶面、底面的裂缝宽度分别控制在 0.2、0.3 mm 之内；

（3）结构梁、板的保护层厚度按二 a 类环境类别取值，分别为 25、20 mm；

（4）结构梁、板的配筋率分别控制在 1.0% ～1. 2%、0.3% ～ 0.4% 之间。为降低结构用钢量，结构主、次梁上部设置通长架立钢筋，楼板采用双层双向钢筋通长布置为主；对梁、板支座处配筋不足区域另行设置附加钢筋。

3 经济性比较

不同于常规楼盖，地下室顶板的厚度须按照规范[6]的要求考虑防水处理，本工程中所用楼盖 a）～d）的板厚均取 250～ 350 mm；楼盖 e）为无次梁结构，其板厚为 500 mm；楼盖 f）采用现浇空心楼盖，依据现行设计规范[5]计算及构造要求取其楼板总厚度为500 mm。空心楼盖采用高度为 250 mm 箱体填充，箱体底面为正方形，边长为600 mm ×600 mm；箱体顶面及底面的混凝土层厚度均为 125 mm。

3.1 楼盖梁板计算

楼盖布置方案中的楼盖 a）～ e）采用中国建筑科学研究院 PKPM 系列软件中的 SATWE 模块直接计算，楼盖 f）采用规范[5]拟梁法等代后，再由SATWE进行计算分析；配筋、挠度以及裂缝的计算采用 PKPM 相关后处理模块处理。按照结构设计原则进行反复试算，得到满足预设设计要求的各个楼盖方案梁板的截面尺寸及配筋；其中，楼盖梁板的具体构件信息见表 1。

3.2 梁板材料用量

综合图 3 所示梁板在正常使用极限状态以及承载能力极限状态下的计算结果，得到其相应的混凝土及钢筋用量见表 2、表 3。从表中可以看出，通过对楼板中的混凝土采用空心箱体填充，极大降低了楼盖的自重并减小了梁板的配筋，故框梁空心楼盖方案 f 的混凝土及钢筋用量最小。采用常规梁板布置的方案 a 至方案 e 中，方案 b 所示的单向双道次梁方案所用混凝土及钢筋用量最为经济。

3.3 楼盖经济性分析

梁、板所用混凝土選用强度等级为 C35 的商品混凝土，包含工地运费与泵送费在内的单价按 400 元/m3计算。HRB400 级的钢筋单价以直径规格划分，价格介于 3 620 ～3 690元 / t 区间，统计计算时取其平均值 3 650 元 / t作为依据。现浇钢筋混凝土模板造价的计算，均按混凝土与模板接触面的面积按照 60 元/m2计算。

现浇空心楼盖中所用的箱体材料及其附属配件折算至单个箱体的综合价格约为 95 元/个。根据以上单价规定，对经过计算配筋设计的 6种类型梁板进行标准柱网造价统计。为便于比较分析，将其换算为单位面积土建造价，见表 4；其中，现浇空心楼盖中箱体的综合价格折算计入单位面积总造价中。

从表 4 中可以看出，采用框梁空心楼盖方案 f以及单向双道次梁方案 b 的混凝土及钢筋用量最小，框梁厚板楼盖 e 的用量最大；方案 f 以及方案 e的模板用量最省，方案 d 的用量最多；综合单价方案f 最为经济，方案 b 略高于方案 f。综合考虑防水处理以及管线布置等因素，方案 b 为最经济的楼盖形式。

4 结束语

介绍了地下室结构的设计选型，通过对6 种不同形式楼盖在覆土与消防车荷载作用下单位面积材料用量的分析，对其顶板结构进行了经济性分析及比较，得到了适用的楼盖布置方式。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院. GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]中国建筑科学研究院. GB 50011—2010 建筑抗震设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]中国建筑科学研究院. JGJ 3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

[4]中国建筑科学研究院. GB 50010—2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]中冶建筑研究总院有限公司. JGJ/T 268—2012 现浇混凝土空心楼盖技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.

[6]总参工程兵科研三所. GB 50108—2008 地下工程防水技术规范[S].北京：中国计划出版社，2008.