地下车库技术经济优化设计探析

张东光 茆荣军 许耕昕

地下车库技术经济优化设计探析

张东光 茆荣军 许耕昕

社会经济与城市的迅速发展带来了日益严峻的停车问题，面对土地紧缺和城市发展趋向饱和的大背景下，开发和建设地下停车空间已成为发展的必然趋势。地下车库成为了居住区、商业综合体、办公楼等建筑的必备设施。我国地下车库经历了十几年的跨越式发展，其中也存在着停车场利用率低、设计不合理、细节设计不足、缺乏人性化设计等问题。本文通过对这些实际问题的分析研究，提出优化设计的具体方法，希望对设计实践具有借鉴意义。

一、总图规划

1.地下车库边界

依据销售物业总图及签批车位指标，地下车库范围通常以下三种方式：脱离商铺；局部进入商铺；与商铺外边界重合。在满足规划指标、日照条件及间距要求的情况下，应通过调整住宅楼座位置，使地下柱网排列利于车位布置。

2.场地竖向设计

场地的竖向设计应结合自然地形，减少填挖方量，地库底板、顶板随地形放坡或做台阶，坡度不大于3%，覆土厚度尽量统一。车库范围内楼座的正负零标高尽量统一，正负零标高相差较大时，应从标高较高的楼座地下一层入户。利用住宅楼座首层与道路的高差，选取车库地面标高与道路竖向标高差值小的位置作为车库出入口，减小坡道长度。商铺上方有住宅时，可充分利用住宅下部架空层。

二、柱网优化

1.停车方式及车位尺寸

汽车库内停车方式常用的有平行式、垂直式、斜列式三种。从驾驶和停车的安全、经济、方便原则出发，居住区地下车库应优先选用垂直式停车方式 ，局部区域可采用平行停车方式。

依据《汽车库建筑设计规范》（JGJ 100-98）4.1.4条中，按照垂直后退式停车，和双排背对背停车位，停车位宽度≥车宽+0.3+0.3。 车位长度≥车长+0.25 。经过对目前常见车型尺寸数据分析，并结合实际项目的使用情况。

居住区地下车库中，垂直停车车位尺寸为5.5m（长）x2.5m（宽），平行停车车位尺寸为6.0m（长）x2.4m（宽）。

2.柱网尺寸经济性对比研究

以地下车库4000m2防火分区的停车模块内，分别采用8.1mx8.1m和8.4mx8.4m的柱网布置车位，并计算车均面积。结果比较：

8.1mX8.1m柱网：停车156辆，车均面积25.6m2/辆。

8.4mX8.4m柱网：停车138辆，车均面积28.9m2/辆。

结论：8.1mX8.1m柱网车库更为高效。双排停车的车库首选8.1mX8.1m柱网。经结构专业测算，8.1mX8.1m柱网的钢筋用量约为8.4mX8.4m柱网的92%，且结构总造价为后者的95%。

如车位宽度按2500mm计算，地下车库结构柱截面尺寸通常为600mmX600mm，则采用垂直停车方式，布置3辆车位最小柱网宽度为：2500X3+300+300=8100mm。如采用正方形柱网，则地下车库的柱网尺寸为8.1mx8.1m。经研究，此为居住区地下车库最为经济的柱网尺寸，双排停车优先采用8.1mx8.1m柱网，单排停车采用8.1mx6.6m柱网，6.6m已经满足单排停车通车道使用要求，车库边缘采用8.1mx5.1m柱网。

3.停车模块参数对比研究

以4000m2防火分区为模块，通过改变X与Y方向的尺寸，研究其与车均面积的关系（见图1）。

图1 停车模块示意图

方案1 Y=5.1x2+8.1x7=66.9m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x4=55.8m

模块面积：3733.02m2车位数：138辆

车均面积：27.05m2/辆方案2 Y=5.1x2+8.1x5=50.7m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x7=80.1m

模块面积：4061.07m2车位数：156辆

车均面积：26.03m2/辆方案3 Y=5.1x2+8.1x3=34.5m，X=（5.1+6.6）x2+8.1x11=112.5m

模块面积：3881.25m2车位数：150辆

车均面积：25.87m2/辆结论：在不考虑设备用房对车位布置的前提下，当n（n≮3）减小，m增加时， 即X方向越长，Y方向越短的停车模块，车均面积Q值越小，停车效率越高。

4.地下车库与地上商铺柱网的协调

商铺开间方向的柱网尺寸通常为8.4m，进深通常为16m。根据地下车库边界与地上商铺的关系，有以下三种柱网设计方式：

（1）地下车库与地上商铺投影无重合区域。地下车库应采用8.1mX8.1m柱网。

（2）地下车库局部区域与地上商铺投影重合。地下车库商铺投影范围内采用为8.4mX8.4m柱网，范围外采用8.1mX8.1m柱网。2种柱网之间采用斜梁搭接。

（3）地下车库区域与地上商铺投影完全重合。地下车库商铺投影范围内采用为8.4mX8.4m柱网，范围外采用8.1mX8.1m柱网。2种柱网之间采用斜梁搭接。

（4）如2、3条所述情况的商铺进深小于14m，商铺开间柱网尺寸采用8.1mX8.1m。

三、结构优化

1.控制层高

控制地下车库的层高从控制净高、梁高（板厚）、管线高度三个因素出发。车库净高要求应参考汽车库建筑设计规范4.1.13条规定，其中货运、设备运输通道净高均有特殊要求，人防车库净高应按当地人防部门规定执行。

车库顶板结构形式有梁板式和无梁式两种方式。 无梁楼盖做法可有效提高竖向空间利用率，降低地下车库开挖深度，节约建造成本。此种结构形式要求地下车库柱网尺寸尽量规整。

通常板厚的取值和柱距、覆土厚度、消防车荷载、人防荷载、景观地形、种植等多方面因素有关。在设计中可以控制的参数为柱距和覆土厚度，因此在方案中，应尽量控制覆土的厚度，并合理地布置柱网。

2.地下车库楼盖结构经济性研究

（1）地下一层顶板结构经济性研究

拟定设计条件：顶板覆土2.5m，柱网尺寸：8.1x8.1m，柱子断面：600x600。

顶板消防车荷载考虑覆土折减后取值：14（15.7）kpa。

方案一：无梁楼盖楼板，板厚550mm，柱帽尺寸：2800x2800mm，平柱帽高度270mm，斜柱帽高度500mm。

方案二：双次梁楼板，板厚150mm，主框架梁为550x1100mm，次框架梁为400x850mm，次梁为400x850mm。

方案三：大板楼板，板厚400mm，框架梁断面：550x950mm。

三种方案经济性对比（见图2）

图2 方案一～方案三经济指标比较表

结论：覆土层顶板（地下一层顶板）采用无梁楼盖方案最为经济，主次梁方案次之，大板方案最差。

（2）地下二层顶板结构经济性研究

拟定设计条件：顶板面层50mm，柱网尺寸：8.4x8.4m，柱子断面：600x600。

顶板活荷载取值：2.5（4.0）kpa。

方案一：无梁楼盖楼板，板厚220mm，柱帽尺寸：2800x2800mm，平柱帽高 270mm。按照配筋方式的不同，无梁楼盖楼板分为拉通配筋法和分离配筋法。

拉通配筋法：按照最小配筋率确定通长钢筋法按照最小配筋率为0.2%确定上、下铁拉通筋，不足处附加—传统配筋方法。

分离配筋法：上铁拉通筋为温度钢筋，不足处附加；下铁无拉通筋，在各板带处单独配置。分离配筋法详见《全国民用建筑工程设计技术措施》，其对上铁筋的截断长度有较为严格的规定，本方案柱上板带附加上铁长度不足，不满足此要求，故需计算本方案柱上板带附加上铁截断位置处的弯矩，以确定截断点的位置。经计算，中间跨的负筋长度满足弯矩要求，边跨的负筋长度不足，需外伸700mm，即截断点至柱中心线的长度为2800mm。

方案二：双次梁楼板，板厚100mm，主框架梁为300x750mm，次框架梁 300x600mm， 次梁为250x600mm。板内上铁分布钢筋为6@200。

方案三：十字梁楼板，板厚100mm，主框架梁为300x700mm，次梁为250x600mm。板内上铁分布钢筋为6@200。

方案四：大板楼板，板厚210mm，框架梁断面：300x700mm。板面无上铁筋处设置温度钢筋8@200，上铁分布钢筋为8@200。

大板楼板，板厚210mm，框架梁断面：300x700mm。板面无上铁筋处设置温度钢筋8@200，上铁分布钢筋为8@200。 板采用塑性算法设置β=1.4，裂缝控制ωmax=0.3mm。

四种方案经济性对比（见图3）

注：1.混凝土按400元/m2，钢筋按4000元/吨计算；2.梁板式模版按50元/m2，无梁楼盖按45元/m2计算；3.钢筋统计中均已计入梁、板的锚固钢筋量；4.板钢筋统计中已计入温度钢筋、上铁分部钢筋的含量。

结论：地下二、三层顶板采用双次梁方案最为经济。无梁楼盖方案次之，大板方案最差。如采用无梁楼盖方案，应采用分离式配筋法，可节约成本11元/m2。

（3）无梁楼盖优化形式

设计思路：与上述传统的无梁楼盖方案相比，减小顶板的厚度，可以通过加大柱帽尺寸（大柱帽方案）和设置抗冲切钢筋（配置抗冲切箍筋方案）解决板的冲切问题。

大柱帽方案：通过经济对比分析，确定大柱帽方案参数为：楼板板厚450mm，柱帽尺寸：3600x3600mm，平柱帽高度450mm，斜柱帽高度500mm。

配置抗冲切箍筋方案：通过经济对比分析，确定大柱帽方案参数为：楼板板厚450mm，柱帽尺寸：3000x3000mm，平柱帽高度450mm，斜柱帽高度500mm。

二种方案经济性对比（见图4）

图4 经济指标比较表

结论：与传统的无梁楼盖方案相比，大柱帽无梁楼盖方案及配置抗冲切钢筋无梁楼盖方案经济性优势明显，且两者总造价相差无几。大柱帽方案中，因设备喷淋布点的要求，柱帽下方需设置喷头，局部喷淋管线需下弯至喷头点，故对管线的布置及车库的建筑效果有一定的影响。配置抗冲切钢筋方案经济性好，方便各个专业管线的穿行。但增加了工人下料及绑扎箍筋的时间，施工进度会受到稍许的影响。

（4）地下一层楼盖结构形式研究

①无梁楼盖结构形式

与传统的无梁楼盖方案相比，大柱帽无梁楼盖方案及配置抗冲切钢筋无梁楼盖方案经济性优势明显，且两者总造价相差无几；大柱帽方案中，因设备喷淋布点的要求，柱帽下方需设置喷头，局部喷淋管线需下弯至喷头点，故对管线的布置及车库的建筑效果有一定的影响；配置抗冲切钢筋方案经济性好，方便各个专业管线的穿行，但增加了工人下料及绑扎箍筋的时间，施工进度会受到稍许的影响。

②工程中常用覆土厚度的无梁楼盖设计实例

拟定设计条件：工程中常用的覆土厚度为2米，经计算，板厚h=400mm，柱帽厚度为400mm斜柱帽为600mm。

方案一：大柱帽无梁楼盖方案（柱帽尺寸3600mm）；方案二：抗冲切钢筋无梁楼盖方案（柱帽尺寸3000mm）。

③两种方案经济性比较（见图5）

图5 覆土2米时无梁楼盖统计表

当无梁楼盖方案不满足适用范围时，可采用其余方案，其余方案均为现浇梁板式方案，可适用于任何情况。现浇楼板的施工需严格执行《建筑防水规范》中对车库顶板需满足一级防水要求时，顶板厚度不得小于250mm时，采用现浇大板方案为经济最优方案。当地无上述要求时，选用现浇双次梁方案为经济最优方案。

十字梁方案，因设备喷淋布点正位于十字梁下，梁下需预留250mm的管线空间，故对层高有很大的影响，不建议使用。

经结构专业计算分析，覆土层顶板（地下一层顶板）采用无梁楼盖方案最为经济。 主次梁方案次之，大板方案最差。地下二、三层顶板采用双次梁方案最为经济。无梁楼盖方案次之，大板方案最差。如采用无梁楼盖方案，应采用分离式配筋法，可节约成本11元/m2。

3.覆土厚度

地下车库顶板应预留一定量的覆土，以保证设备管线的穿行及景观园林的要求。结构成本随覆土厚度、层高的增大而增大。经统计，单层地下车库覆土厚度及层高对结构成本的影响（见图6）：

图6 覆土厚度及层高对结构成本影响表

四、细节优化

1.车库出入口

（1）数量：大中型车库（300～500辆）出入口不少于2个 。

特大型车库（＞500辆）出入口不少于3个 。

（2）宽度：单向行驶不小于5.0m。双向行驶不小于7.0m。

注：上述宽度指车库出口与外界道路相交处最小宽度，而非车库出入口坡（通）道最小宽度。

2.坡道

直线坡道坡度建议为15%；曲线坡道坡度建议为12%。双车道坡道转弯段坡度为内环中心线坡度，计算长度以内环中心线计算。

优选曲线缓坡坡道。曲线缓坡半径为20.0m。在高差、坡度相同的情况下，曲线缓坡坡道比直线缓坡坡长更小，节约空间。

3.转弯半径

《JGJ100-1998汽车库建筑设计规范》中对最小转弯半径的规定，居住区地下车库内最小转弯半径按6.0m设计，汽车环道内径不小于3.6m，外径不小于7.6m。

4.规整地库外轮廓

地库外轮廓简洁，可避免出现多段折线，造成外墙增多；紧凑的车位布置，避免出现多余空间，造成无效面积；车库外轮廓应避免出现锐角弧线，造成布车障碍。

五、结语

为了节约建造成本，减少造价，提高车库的使用效率，总图规划应该注意住宅、商铺和地下车库的关系，控制楼间距，利用竖向高差，减少施工量。在柱网优化方面，车库首选8.1mX8.1m柱网，并进行模块化设计，商铺与车库的柱网要协调。车库结构的优化，以覆土层顶板采用无梁楼盖方案最为经济，地下二层顶板采用双次梁方案最为经济。在细节优化方面，应确定车库出入口数量及宽度，采用曲线缓坡坡道，规整地库轮廓。采取以上车库优化设计方法，以充分实现地下的实用性、安全性及经济合理性，真正体现以人为本的设计理念。

（作者单位：张东光，万达商业地产设计中心；茆荣军，大连万达商业地产股份有限公司；许耕昕，北京城建地产）