地下车库顶板在不同楼盖结构形式下的经济性对比分析

许爱国

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610041)



地下车库顶板在不同楼盖结构形式下的经济性对比分析

许爱国

(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610041)

在实际工程中，相同柱网的地下室顶板可以采用不同的楼盖结构形式。为了满足建筑平面功能布局、楼层净高以及土建成本控制等各方面的需求，比较经济合理的楼盖结构形式应该通过计算和对比分析后确定。鉴于楼盖结构形式的多样性，在具体工程中应综合考虑各方面的因素，其中，经济性是需要重点考虑的因素之一。文章结合实际工程，借助结构设计专业软件与自编程序，选取目前常用的几种楼盖结构形式在试设计后进行经济性对比分析，选出一种既经济又合理的楼盖结构形式，同时也可为其他类似工程的地下车库顶板楼盖结构选型提供参考。

地下车库； 楼盖结构； 经济性

随着近几十年国内施工技术水平的不断提高、新型材料的不断应用以及建筑功能的要求不断提高，一些特殊的楼盖结构形式得到广泛的推广和应用。根据受力和支承形式的不同，楼盖可以分为有梁楼盖(肋梁楼盖)和无梁楼盖。其中，有梁楼盖根据次梁布置的方式又分为单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、井式梁楼盖、大板(无次梁)楼盖、双向密肋梁楼盖等。根据楼板施工工艺的不同，楼盖又可以分为装配式楼盖、装配整体式楼盖和现浇楼盖。其中，现浇楼盖又可分为钢筋混凝土实心楼盖、钢筋混凝土空心楼盖和钢—混凝土组合楼盖等。楼盖按是否施加预应力又可分为普通钢筋混凝土楼盖和预应力混凝土楼盖[1]。

鉴于楼盖形式的多样性，在具体工程中如何确定其类型，需综合考虑各方面的因素，其中，经济性是需要重点考虑的因素之一。本文结合实际工程，选取几种常用楼盖类型进行计算分析，选出一种既经济又合理的楼盖结构形式，可为本工程地下车库顶板楼盖结构选型定案提供参考。

1 研究对象

本工程项目位于西安市长安区，项目地块区位如图1所示，项目包含了地上高层住宅、多层商业、幼儿园、配套服务用房以及大底盘地下车库。其中，地块一中的地下车库面积为3.3×104m2，车位数1 968个；地块二中的地下车库面积为6.01×104m2，车位数2 825个。本工程中的地下车库在各塔楼之外的范围普遍存在规则、等距、连续多跨的柱网，且受到的外部荷载单一，此类楼盖便于进行经济性对比分析。根据结构力学理论，计算模型可以选取5 m×5 m跨的柱网进行计算分析，柱网尺寸为8.4 m×6.6 m，并选取正中间一个柱网作为研究对象(图2)。

图1 项目地块区位

图2 地下车库柱网平面布置

2 工程条件

根据文献[2-3]容易得到本工程的抗震设防分类为丙类，基本抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，框架抗震等级为四级。对于地下车库，计算模型中不考虑风荷载。地下车库采用机械式停车位，考虑设备管道高度在内，建筑所需楼层净高约为4 m，框架柱截面尺寸取500 mm×500 mm。根据建筑设计资料，车库顶板覆土厚度为1.5 m，覆土自重取为27 kN/m2，考虑消防车荷载，故活荷载根据不同的楼盖形式按照文献[4]表5.1.1进行取值。地下车库柱的混凝土强度等级采用C40，梁、板混凝土强度等级采用C30，梁、板、柱受力纵筋和箍筋采用HRB400级热轧带肋钢筋[5]。

3 楼盖选型

选取几种常见的楼盖形式进行反复试算和试设计，所选取的几种楼盖形式对应的各构件截面尺寸如表1所示。各种楼盖中的梁截面尺寸、板厚、柱帽尺寸等的确定是以满足构件承载力和正常使用要求以及满足梁、板配筋率处于合理范围之内作为前提条件。为提高无梁楼盖抗震性能，在框架柱之间增设暗梁，柱顶区域设置柱帽。空心无梁楼盖中所指“空心”，其区域不包括柱帽和暗梁范围，即位于跨中区域为空心，边角为实心，这也与无梁楼盖受力特性相匹配。另外，根据市场上空心板模具专业生产厂家提供的资料，空心板的常用厚度有210 mm、260 mm、300 mm、360 mm、420 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm和800 mm等几种，因此在进行空心板楼盖设计时，除了参考文献[6]之外，板厚取值会考虑到这一因素，本文空心板厚度取为360 mm。空心板布置情况及填充箱体形状如图3所示。

表 1 各种楼盖对应的各构件截面尺寸 mm

(b)空心板填充箱体剖面图3 空心板填充箱体示意(单位:mm)

4 计算分析

对本文表1所列的几种楼盖类型分别进行建模计算和施工图设计。其中，双向密肋梁楼盖、无梁楼盖分别采用STRAT和YJK进行计算分析，空心板楼盖根据文献[5]自编程序进行计算分析，其余楼盖采用PKPM进行计算分析。

5 设计结果

经过计算分析和配筋设计，得到各种楼盖对应的梁板配筋。对于有梁楼盖，既考虑满足规范的相关要求，又兼顾尽可能降低含钢量，梁顶部角筋采用通长钢筋考虑，其余多出的设置架立筋。考虑到车库顶板属于超大超长结构，为减少楼板顶面产生裂缝，板顶设置了部分通长钢筋，对板支座处配筋不足区域再设置附加非贯通筋。

6 材料用量统计

根据设计结果数据，分别统计出了梁、板的钢筋、混凝土和模板的单位面积用量(图4～图6)。

图4 钢筋用量

图5 混凝土用量

图6 模板用量

7 造价汇总

以上各种楼盖对应的工程量统计结果基本符合实际工程情况。为了更具对比性，本文再结合实际工程情况，计算出各种楼盖的单方造价，即单位面积土建造价[7](图7)。

图7 单方造价

计算中考虑到目前西安建筑市场实际情况，钢筋市场价格并不十分稳定，混凝土价格也与强度等级和是否添加外加剂有关，模板价格也跟模板的规格与质量优劣有关。因此，本文中材料单价暂取一个平均水平的价格进行考虑，其中，钢筋为3 000 元/t，C30商品混凝土(含抗渗剂)为340 元/m3，三六尺15 mm厚模板(不包含木枋)为43 元/m2，空心板填充箱体为80 元/m2。双向密肋梁楼盖用定型模板方案时，仍需要使用少量普通模板进行配合施工，因此本文将定型模板划归填充箱体考虑，其价格也参考填充箱体价格进行单方造价计算，以供参考。

8 对比分析

8.1 仅从结构所需高度考虑

根据表1和图8容易看出，单向板肋梁楼盖(顺短跨布置)方案所需要的结构高度最大，达到1 100 mm。而所需要的最小结构高度为双向密肋梁楼盖(柱帽上翻)方案，达到600 mm；当不考虑柱帽高度对设备管道布置的影响时，所需要的最小结构高度应是无梁楼盖方案，达到350 mm。

图8 各种楼盖所需结构高度

8.2 仅从单方用量考虑

用钢量最大的是空心无梁楼盖方案，最小的是单向板肋梁楼盖(顺长跨布置)方案；混凝土用量最大的是实心大板楼盖(无次梁)方案，最小的是单向板肋梁楼盖(顺短跨布置)方案；模板用量最大的是井式梁楼盖方案，最小的是无梁楼盖方案。

8.3 仅从单方造价考虑

最经济的是单向板肋梁楼盖(顺长跨布置)方案，单方造价为346.5元/m2；最不经济的是双向密肋梁楼盖方案，单方造价为401.5元/m2，比单向板肋梁楼盖(顺长跨布置)方案多出了15.9 %。

8.4 小结

从经济和工程概预算角度考虑，因计价及管理需要，一个建设项目可以向下逐级分解为各个单项工程、单位工程、分部工程和分项工程。而一个工程建设项目总投资费用则包括固定资产投资和流动资产投资两项费用，前者又分为建筑安装工程费用、设备及工器具购置费用、建设工程其它费用、预备费和建设期贷款利息等。

因此，本文所研究讨论的工程造价仅指建设项目下某一分部分项工程中建筑安装工程费用所包含的直接材料费和混凝土模板等措施费，至于涉及到此项目中的其他费用需要另行考虑，作为项目最终的一个经济性概预算造价还应对项目中各项费用进行综合考虑和对比分析。例如，仅从单方造价角度考虑，最不经济的是双向密肋梁楼盖方案，但仅从结构所需高度角度考虑时，此楼盖所需结构高度最小，从而降低了地下室的层高，由此带来了整个项目地下室土方开挖量的节省成本效益。同时，此楼盖结构的施工采用工业化标准化生产的定型肋模，可以有效加快施工进度，节约工期，因此，此楼盖方案带来的综合成本效益是比较可观的。再如空心大板楼盖，其所使用的轻质填充体也可以由专业生产厂家进行批量化标准化生产，从而可以加快施工进度，节约工期和混凝土用量，同时因结构自重减轻所带来的基础设计成本降低也对整体经济效益的影响较大。其他楼盖方案也各有自己的优点，限于篇幅，此处不再一一赘述。

9 结束语

从以上分析可以看出，对最终单方造价影响较大的仍是含钢量因素，以上结论仅从某一片面的角度进行对比总结的，但对于一项实际建设工程项目的总费用投资，以上得出的单方造价可以为项目在前期进行概预算时提供参考。如前所述，即使局限于某一单项工程的建安造价而言，还需要综合考虑到其他相关费用，然后再进行综合比较，得出经济可行的最优方案。

对于一项实际工程，其楼盖类型的确定，除了需要考虑经济性这一最主要的因素之外，有时还需要结合各种楼盖本身特点和实际工程情况的需要来确定。因此，结构工程师若能对各种楼盖结构的经济性有一定认识，并对各种楼盖结构的优缺点有所了解，这对项目前期阶段较为准确的确定楼盖类型定会带来事半功倍的效果。

[1] 沈蒲生.楼盖结构设计原理[M].北京:科学出版社,2003.

[2] GB 50223-2008 建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[3] GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4] GB 50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[5] GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[6] 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.

29项工程获得第十四届詹天佑奖

2017年4月14日，第十四届中国土木工程詹天佑奖(以下简称“詹天佑奖”)颁奖大会在北京举行，共有29项科技创新工程荣获詹天佑奖。住房城乡建设部副部长易军出席并讲话。中国土木工程学会理事长郭允冲在大会上发言。中国土木工程学会副理事长、清华大学副校长袁驷出席。

易军在讲话中指出，詹天佑奖的评选突出技术创新和新技术应用，是当前工程界贯彻自主创新战略、以科技创新促进经济发展的一个重大奖项。获得詹天佑奖的工程不仅是获奖工程和获奖单位的荣誉，也成为充分体现我国建设工程技术水平与成就的重要标志。

易军强调，工程建设领域要以中央“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局为引领，充分发挥科技的支撑和引领作用，促进我国工程建设领域的进一步发展。要全面推进建筑业改革的发展，打造中国建造品牌；要以推进供给侧结构性改革为主线，提高创新能力；完善管理体制，大力促进创新成果的转化与应用；要强化管理，以工程科技创新促进工程质量安全水平的整体提升。

易军强调，作为贯彻创新战略、促进工程建设领域科技创新的詹天佑奖，要充分发挥示范带动作用，进一步激发工程建设行业的创新热情，促进行业科技发展水平不断进步，促进我国由工程建设大国向工程建设强国转变。

摘自《中国建设报》

许爱国(1986～)，男，硕士，结构工程师。

TU318.2

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[定稿日期]2017-02-25