地下室顶板结构设计多方案经济性简析

李铁成

广东省东莞市鼎峰地产集团有限公司 52000

摘要：近年来地下室工程日益增多，地下室頂板楼盖结构设计对于地下室工程总造价控制意向重大。目前顶板楼盖结构设计方案多样，本文以项目工程为案例，通过对常用的几种地下室顶板结构形式在不同荷载条件作用下，进行经济性比较，得出结论，供地下室顶板结构设计选型参考。

关键词：地下室顶板；结构选型；经济性比较；无梁楼盖；综合造价

近年来，随着高层建筑的增多，地下室设计日益广泛，在住宅项目的开发过程中，地下室建设往往占有较大的比重，因此建设单位在进行工程投资核算时，项目地下室设计往往受到重视。地下室结构设计时，常具有以下三个特点：

1）结构荷载大：地下室顶板覆土较厚，荷载较大，且常有消防车荷载及顶板人防荷载；

2）柱网间距大：地下室柱网间距常为8 ～ 9 米，有时更可达10 米以上，柱网间距较大；

3）受专业空间要求限制：地下室因其层高相对较小，且控制较为严格，地下室顶板梁截面高度较大时，若加上设备管道高度，地下室净高较难满足建筑专业要求。

一、地下室顶板结构设计方案的多样性

目前，地下室顶板较为常见的结构形式有主次梁体系、十字梁体系、井字梁体系、无次梁大板结构体系及无梁楼盖体系等，采用何种结构形式较为经济，目前观点较多，本文现结合工程案例分析，对以上几种地下室顶板结构形式进行经济性比较，提出个人一些浅见。

二、以案例为基础的多方案地下室顶板结构设计

某项目设有地下两层地下室，地下室柱网为8. 4mx8. 4m，地下室层高为4m，柱截面为600x600 ㎜，砼强度等级为C30，钢筋均采用HRB400 三级钢。

a）模型分析方法

主次梁体系、十字梁体系、井字梁体系、无次梁大板体系采用Satwe 软件分析计算，结构布置见图1 ～ 图4。楼板钢筋采用塑性法计算，板顶部分钢筋通长配置，通长钢筋满足构造要求；梁端支座负弯矩调幅系数取0. 8，梁截面按梁端支座经济配筋率（1. 4%左右）控制。无梁楼盖体系采用平板设计，柱顶设置矩形平托板柱帽，柱帽尺寸满足冲切计算及构造尺寸要求，结构布置见图5。

无梁楼盖体系采用PKPM—SlabCAD 有限元分析，并划分为柱上板带和跨中板带，进行有限元后处理配筋。进行地下室顶板综合成本分析时，统计各方案单位面积砼含量、钢筋含量及单位面积综合单价。单位面积综合单价不仅包含材料费，还包含为完成工程所需要的人工费、设备费、机具使用费和企业管理费、利润、各种规费和税金，及一定的风险费用，是分部分项工程单价的全部费用，也可认为是工程发承包单位价格。

b）不同覆土厚度结构计算分析

地下室顶板上因设备管线布置、景观堆坡及园林小品等要求，顶板不同部位，上部覆土厚度常不相同。以顶板覆土厚度取0. 6m、1. 2m、1. 8m 三种情况进行比较分析，顶板覆土自重按18kN /m3 考虑，顶板活荷载取5kN/m2，暂不考虑消防车道及人防荷载，地下室顶板结构混凝土综合价格取550元/m3，钢筋综合价格为6300 元/吨。在不同覆土厚度情况下，各结构设计方案主要结构构件尺寸见表1，各主要材料指标见表2。

c）不同活载工况结构计算分析

地下室上常布设应急消防车辆施救停放位置及通行车道，承受消防车荷载；也常作为人防掩蔽场所，承受人防荷载，因此顶板上除考虑一般均布活载外，也常考虑消防车荷载及顶板人防荷载。以顶板覆土厚为1. 2m 为条件，按一般均布活载5kN /m2、消防车荷载和顶板人防荷载三种情况分析比较。

三、地下室顶板各方案经济性比较

从以上表格可以看出，地下室顶板在恒载起控制作用时，十字梁体系有较好的经济性；而当顶板上活载较大，承受消防车荷载或人防荷载时，大板体系却有较好表现。

这是因为在恒载起控制作用时，十字梁体系通过合适的梁系布置，较大限度的发挥了楼板的双向承载能力，控制了板厚，减少次梁数量，使得楼面荷载传力路径传递更直接、合理，降低了整体钢筋数量；在活载起控制工况下，活载布置及作用对配筋影响较大，大板体系通过增大板跨，减少顶板上活荷载作用，发挥楼板承载能力，取得了较好的效果。

四、地下室层高对于地下室经济性的影响

地下室外墙除受到墙体外侧回填土作用外，还受到地下水压力、回填土传来的上部活载作用以及人防荷载作用，其层高变化对于地下室综合造价也影响较大。本案例中，室外标高为±0.000，地下室顶板及地下室水位标高去-1.2m，采用PKPM 软件在有、无人防两种工况进行分析，对不同层高地下室外墙经济性统计，详见表5。在表中可以看出，地下室层高每增加100mm，单位建筑面积造价约增加15 元/㎡。而据有关资料统计，地下车库层高每增加100mm 时，土方开挖及基坑支护等工程综合成本约增加25 元/㎡左右。综合统计，地下室层高每增加100mm 时，地下室总成成本约增加30 ～ 45 元/㎡。

由此可见，当地下室顶板考虑采用无梁楼盖体系时，可以在保证建筑、设备最小使用空间要求的基础上，最大限度的降低地下室层高，降低了地下室工程直接或间接费用，从而使工程总成本降低，起到控制工程总投资、加快施工进度、提高结构观赏性的作用；但是无梁楼盖体系的延性及安全度低于其他几种，在造价差别不大的情况没有优势。

五、结语

在地下室顶板结构选型方面，以上几种地下室顶板楼盖结构形式在实际工程中均有应用，在项目设计时，应根据项目的特点，选择相应的地下室顶板结构形式。在普通地下室顶板，优先选择十字梁体系；而在人防区，则考虑采用无次梁大板体系；而当地下室层高要求较为严格，设计条件较为苛刻，一般结构体系难以满足要求时，可考虑采用无梁楼盖体系。在设计条件较为苛刻的情况下，结构专业应在建筑方案阶段提前介入，在建筑室外高程、地下室层高、柱距及顶板覆土厚度等对于工程造价影响较为明显的部位，发挥引导作用，满足结构安全性的前提下，提高地下室整体高程，减小地下室柱网跨度，在保证建筑、设备最小使用空间要求的基础上，最大限度的降低地下室层高，减少覆土厚度，从而最终达到有效控制工程总造价的目的。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院. JGJ3 - 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.

[2]中国建筑科学研究院. GB50011 - 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. GB50010 - 2010 混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]中国建筑科学研究院.GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]PKPM 系列（2010年版）结构软件用户手册及技术条件[M]中国建筑科学研究院.

[6]李国胜. 高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较[J].建筑结构·技术通讯

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一个过宽、失败的电梯厅是北京饭店（虽然不是写字楼，可是可以借鉴）（图3），电梯厅8m宽，由于8台群控，上下穿梭，加上地毯导致的静电，往往在按钮时打电，十分恐怖。此外有一种时常发生的问题：基于许多城市地处地震区，把核心筒的墙作为抗震墙是理所当然的。可是建筑师们非常容易把电梯门的短墙也设计成抗震墙，可是通常抗震墙都是比较厚的，当三台或四台电梯成排的时候，往往客人看不见后面两台电梯门开了没有（图4-3），等到发现有人进去而赶过去的时候，门已经关上了，非常恼火。其实只要不把该墙设计成厚的抗震墙，而设计成填充墙即可。填充墙就薄得多了，那样就看得见了（图4-2）。

那么墙薄了，对抗震是不是不利呢？其实并不是，由于该墙有很多洞口，起不了多大的抗震作用。倘若这道墙减薄0.2m，而将电梯背后的抗震墙加厚0.1m，這样的抗震效果反而更加好。其次，把这道墙改成填充墙后，还有一个幼师，那就是无论电梯的信号箱是什么样子，无论电梯定哪个厂商的型号，填充墙都可以适应。这对上下分区的电梯组，还有一个优势。鉴于低区电梯的上空是能够加以利用的，少了一堵抗震墙，上面部位就能够成为一个大房间，可作为数据库或者会议室（图4-1），增加有效使用面积，一举数得。一个小小的举措，就能够把被动变成主动。

四、写字楼内部设计关键问题

1、防火的问题

在高层写字楼中，人流量比较大，这样对于电的使用量随之增大，和低楼层建筑相比较，发生火灾的机率较大。所以对写字楼的电气、水暖设施应单独走线，并安装烟雾报警器。更急需要重视的是，不可以为了方便一味地多安装电源插口。对电源插口数量适当的控制，减轻线路负荷，减少发生事故的可能性。按照建筑防火的相应需求，高层写字楼的楼梯大部分是用来紧急情况进行疏散的。所以各层楼梯的位置需要相同，还要容易到达，楼层内部应设立明确的指示标志。在楼梯的出入口，应当有充足的空间，避免出现紧急情况时出现拥挤踩踏。

2、垃圾处理

往往高层写字楼都是由上千人集中在一起办公的，每天产生大量的垃圾，在设计中应当进行考虑的是：垃圾清理方面、收集和处理安排专门通道，一是为了使得清洁效率提高，二是为了确保办公区域清洁、隔离病菌。

3、电气问题

（1）应急照明

当高层出现火灾或者其他类型故障、灾害的时候，造成正常照明系统中断而需要启动照明，也叫做事故照明。应急照明的安装必须要具有科学合理以及人性化，应急照明大致安装在疏散楼梯、消防控制室、消防电梯前室、自备电源室、消防水泵房、变配电室、防排烟机房的墙面上或者顶棚上。应急照明大致疏散指示照明，就是标志出口位置的出口标志灯以及引导只想出口的指向标志灯，符合疏散通道的照明需求。

（2）电梯

在电梯设计中应当确保位置合理，确保使用者在日常可以出现方便。在遇到电梯紧急情况的时候，要有快捷方便的方法让人们迅速撤离。为了确保电梯安全正常的运行，以利于灭火、救人，对此还应当考虑排水设施、变配电站、消防泵房、柴油发电机房往往设在高层建筑的地下室。

五、结束语

高层写字楼建筑相当于是一座城市的“名片”，为城市的发展提供良好的物质保证。因此，设计师应当从经验、专业知识各方面出发，将写字楼周边环境加入一起进行考虑，建设一个适合社会人们工作、城市建设的写字楼，满足持续发展观念。

参考文献：

[1] 赵奇明. 谈商业写字楼建筑设计要点. [J]第40卷第30期.2014.10.

[2] 邱赛飞. 高层写字楼建筑的设计要点. [J]建筑规划与设计.

[3] 寿震华. 高层写字楼的设计要点. [J]北京凯帝克建筑设计有限公司董事、总建筑师