几种地下室顶板结构形式技术经济分析

刘超 张晶

（天一建设发展有限公司）

几种地下室顶板结构形式技术经济分析

刘超 张晶

（天一建设发展有限公司）

地下室结构在实际的施工中，需要的混凝土用量比较多，使用钢量非常大，需要很高的建设成本，成为建筑工程中非常棘手的问题。本文首先对地下室结构成本控制的重要性进行分析，然后对地下室顶板不同的结构形式以及结构受力结合实际的工程案例进行分析和比较，从而选择最优、最经济的结构形式，最后对现浇钢筋混凝土空心楼板的应用进行了分析和总结，为从事建筑行业的工作者提供参考。

梁板结构；无梁楼盖；空心楼盖

1 地下室结构成本控制的重要性

随着经济的快速发展，建筑行业面临激烈的市场竞争，建筑工程的规模逐渐扩大，建筑单位对工程成本控制越来越多的关注，节能观念也在逐渐深入到建筑工程项目中。建筑工程中，高层建筑逐渐增多，对建筑本身的稳定性有了更高的要求，建筑结构中的一部分要有一定的埋深，为了节约基础工程造价，一般对高层建筑会采取补偿性基础。停车位的需求以及人防等使地下室成为建筑工程中不可缺少的一部分。但是地下室的建设成本非常高，即使不考虑基坑支护、土方开挖以及降排水等方面的费用，仅仅是土建成本就要比地上建筑的成本要高出很多。通过以往的工程建设数据统计，一般的高层建筑的地上建筑结构使用的钢量为40～60kg/m2，而地下室的用钢量为140～160kg/m2。另外，地下室结构使用的混凝土量也非常大，使总体的建造成本就更高。整个建筑成本中，地下室以及基础费用占到整个工程成本的10～30%，因此，对地下室的建造成本进行有效的控制是非常重要的，对整个工程成本的控制发挥关键作用。

2 地下室顶板结构概述

2.1 地下室顶板结构形式

对地下室结构的成本做好控制非常重要，对地下室顶板进行结构设计时，需要注意以下两个特点：①所受荷载能力非常大；②受设备专业空间要求的限制。地下室的顶板结构如果采用普通的梁板结构，加上设备所要占用的空间，其高度就很难满足建筑的要求，所以，我们对它的设计需要从造价和净空等方面进行综合的考虑，选择适合的、最优的楼盖结构形式。

从楼盖的受力角度可以把地下室顶板分为无梁楼盖，空心楼盖、单向两道次梁、十字梁和井字梁等，本文就针对这几种方案进行经济技术分析和比较，针对不同的施工情况，选择合适的设计方案。

2.2 地下室顶板结构受力分析

（1）板筋参与梁端负弯矩承载力。对混凝土框架梁的受力情况在进行计算的时候，首先要考虑与梁相连接的板的有效宽度为多少，控制在一定范围内，与梁肋平行的上下板面板筋作为梁端负弯矩中的一部分。该理论是需要板内钢筋的锚固达到梁端负弯矩钢筋的要求，可是在实际的工程施工中，配筋中板的钢筋会有很大差别，不是所有的钢筋都能满足施工要求，因此，这种理论在计算的精确度上存在缺陷，也没有相关的计算规则出现在规范中。但是，在国外一些工程建设中有涉及到。

我国在2010年颁布的《混凝土结构设计规范》中提到了对“强柱弱梁”的弯矩系数要适当增大，对框架结构要充分考虑到框架梁的实际承载能力；在2010年颁布的《建筑抗震设计规范》中提到了弯矩系数增大需要考虑钢筋超强以及超配钢筋，但是这份文件中没有对现浇板内板筋参与梁端负弯矩承载力问题没有明确的规定，只是做了一些说明，在对梁端的抗震承载能力进行计算的时候，如果需要计入楼板内的钢筋，需要对材料的强度系数进行考虑，这样可以提高框架结构的“强柱弱梁”程度。比如，在汶川地震中，地震的破坏很多是发生在柱上，所以对现浇板框架形成很大破坏。

（2）梁中部受力模型是t型断面而非矩形断面。框架结构在设计的过程中，模型的选择一般是空间整体模型或者是杠杆模型。比如说，每层楼板在平面内属于无限刚性结构，它在水平力的作用下可以对结构出现的变形进行调整。采用这样的计算模型对框架结构中内力的计算不会造成什么影响，但是在对梁构件配筋进行计算的时候，梁只是作为一个杠杆的角度来考虑，没有将梁的整体作用和板进行综合考虑，对于板，也只是作为一个缺乏刚性的构件将荷载能力传递到梁上，这样的话就把板和梁进行了单独的计算，与实际的受力情况会存在很大偏差。在地下室结构中，底板和顶板的厚度一般会比较大，所以，采用上述计算分析造成的浪费现象就会比较严重。

3 工程案例

某一城市中心的二期办公楼项目，建筑面积为15.6万m2，共有四栋每栋有30层，地下室部分柱网标准跨为8.5×8.5m。对其中一跨的地下室顶板采用不同的结构形式进行对比和分析。考虑1.5m覆土荷载附加为30kN/m2，活荷载为4kN/m2，梁板的荷载通过自重进行加载，并且采用PKPM的SATWE以及有限元法进行分析和计算。单向两道次梁结构有关数据为：板厚250，主梁500×900、500×1300，次梁400×900；井字梁结构有关数据为：板厚250，主梁500×1000，次梁350×650；十字梁结构有关数据为：板厚250，主梁500×1000，次梁400×900；空心楼盖结构有关数据：板厚450，暗梁800×450，空心率为37.6%，下面用表1来分析一下。

表1

通过表1我们可以看出，空心楼盖结构方案的总体造价是这四种方案中最经济的一种方案，比其他三种的综合造价分别少13.7%、21.2%和17.8%，而且空心楼盖具有施工便捷、减少层高、降低水位差、减少吊顶费用、节约模板、减少土方量以及支护深度、具有报警设备等优点。如果地下室顶板作为上部结构并固定，采用空心楼盖结构会有所限制，在一定范围内（一般是塔楼外扩20m）应该进行梁板结构支撑。

在有梁楼盖中，单向两道次梁的综合造价是比价优的，比另外两种井字梁和十字梁的综合造价分别少6.5%和3.5%，这种结构方式是目前地下室顶板楼盖经常用到的形式之一，但是因为主梁的梁高在1000～1300之间，考虑到设备走管，地下室层高最小应该达到4100mm。

通过对这几种不同结构形式的顶板进行分形和比较，依据工程项目的实际情况和设备管线的预埋要求，此项二期办公楼项目塔楼选择了普通的梁板结构，地下室部分选择了空心楼盖，工程竣工以后经过计算大大节约了工程造价，也得到了建筑单位的认可。

4 空心楼盖的应用

通过很多工程实例表明，我们普遍认识的梁板结构的经济性在荷载能力比较大时，变得不经济。因此，在现代工程实际建设中，对地下室顶板结构开始采用无梁楼盖形式，这种形式不仅能加快工程进度，还能大大节约工程造价，是非常值得推广和应用的一种结构形式。尤其是近几年在新技术，比如，混凝土薄壁管筒体件以及高分子合金组合芯模等浇筑的混凝土空心楼盖的应用，充分发挥了它的使用功能、环境保护、净空高度、隔音效果以及工程造价等方面的功能，对建筑业的可持续发展和节约社会资源发挥着积极意义。

现浇钢筋混凝土空心楼板是最近几年发展起来的新型的结构形式，它是通过采用高强度的薄壁管埋在现浇楼盖中，形成的一种非抽芯现浇混凝土空心板。这种空心楼盖主要适用于跨度比较大的建筑结构，比经常用到的无粘结预应力楼盖结构以及梁板结构要更加可靠和稳定。现浇钢筋混凝土空心楼盖与传统的建筑结构形式相比，可以降低层高、减轻自身重力、减少钢筋混凝土使用量，大大降低了建筑成本。在一些教学楼、办公楼、地下停车场、商场、人防工程中等广泛被应用，另外，对一些层高有一定要求的住宅建筑、公共建筑以及工业建筑中也可以应用。

5 总结

通过以上各个方面的介绍，我们了解到地下室结构的设计是否合理对整个建筑工程的质量和成本起着直接的影响，特别是现在很多规模比较大的地下室的建设逐渐增多，人们对地下室顶板结构形式更加重视。无论采用哪一种结构形式，都要依据实际的工程情况，综合考虑所有因素，通过相关的数据计算进行比较和分析，选择最优、最经济的结构形式。

[1]陈嘉华.无梁楼盖在地下室的应用[J].建筑设计管理，2012（04）.

[2]张丽媛.地下室顶板刚性及其对高层建筑结构性能的影响研究[J].建筑结构，2013（15）.

TU93

A

1004-7344（2016）20-0299-02

2016-7-4

刘超（1973-），女，助理工程师，从事建设施工工作。

张晶（1984-），女，助理工程师，从事建设施工工作。