人防地下室结构布置选型对结构含钢量影响分析

摘 要：由于越来越多的开发商对人防地下室的结构含钢量提出了明确限制要求，通过对人防地下室结构布置选型的研究，总结不同结构布置形式对含钢量的影响，方便人防地下室的结构设计选型。

关键词：人防地下室;结构含钢量;布置选型

通过总结平时的工作实际，以统筹统计的数学运算方式比较各类情况下的含钢量，以简便的推算出各含钢量，作为项目设计结构选型的参考，避免造成浪费。

一、 人防地下室结构含钢量的计算条件

在条件一定前提下，人防地下室含钢量主要受建筑层高、覆土厚度、人防等级、结构方案影响。现对影响因素分别总结出常用形态：建筑层高分别取为3400mm、3800mm、4600mm和4900mm;覆土厚度分别取为无覆土、800mm、1000mm和1200mm覆土;人防等级取为核6级和常6级的叠加作用;采用框架结构，取9.0m×9.0m，8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m四种典型柱跨;顶板梁板的结构形式采用主梁大板体系、单向一道次梁、单向两道次梁、十字交叉梁4类结构布置形式;底板的结构形式主要分为梁板式及平板式。7度设防，Ⅲ类场地，框架抗震等级三级，混凝土采用C35，钢筋采用HRB400。通过对各计算实例进行计数统计，以含钢量为衡量标准，最终筛选出最优方案设计依据。

二、 顶板结构形式对含钢量的影响

人防地下室顶板与普通地下室顶板有较大的区别，主要表现在以下两个方面：一方面，在頂板板厚方面，人防地下室顶板由于结构上的构造板厚度要求及建筑功能上的防护厚度要求，使得其厚度一般比民用地下室顶板厚度要大。另一方面，人防地下室顶板上的人防等效静荷载较大，加之其配筋构造要求比较严格，即使在材料强度设计值方面有一定的提高，但仍然使得顶板上的配筋大多比民用地下室顶板大，在这样的情况下，合理选用人防地下室顶板结构形式，对创造工程的经济效益非常重要。

（一）柱网、荷载及各项参数的确定

本次经济分析采用第一段所列计算条件，X，Y方向各取5跨作为计算模型进行研究进行比较，覆土容重取20kN/m2，活载取5kN/m2，人防荷载70kN/m2，框架柱取600×600mm，板厚取250～350mm。

（二）方案比选过程

本文从两个方面确定顶板的最优结构形式，第一，在相同跨度下，不同顶板结构形式在不同覆土情况下的含钢量对比情况;第二，在相同覆土情况下，不同顶板结构形式在不同柱跨情况下（8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m三种跨度）的含钢量对比情况。

对不同覆土，相同柱跨情况下，地下室顶板不同结构形式下含钢量结果进行图表分析（Y向数值为结构含钢量，单位kg/m2）结果如下。

可见在不同覆土厚度、相同柱跨的情况下，结构选型为主梁大板体系结构含钢量均为最低。同时表中数据也体现出，对不同柱跨，相同覆土情况下，结构选型为主梁大板体系结构含钢量也均为最低。综合以上情况可以得出，顶板结构为梁板式楼盖时，主梁大板体系结构为最优结构形式。下面讨论地下室顶板结构形式为主梁大板体系时最佳柱跨布置方案。

根据表格分析，还可看出随着柱跨的减小，地下室顶板的结构含钢量显著减小，因此，在建筑条件允许的情况下，应尽可能地采用小柱跨的结构布置形式，能大大降低地下室顶板的含钢量。同样，在对比柱跨8.4m×8.4m与柱跨8.4m×6.3m两种长跨相同的柱网形式，长方形柱网（柱跨8.4m×6.3m含钢量低于正方形柱网（柱跨8.4m×8.4m），宜优先采用长方形柱网，同样可以有效降低地下室顶板结构含钢量。

三、 人防地下室底板结构形式对结构含钢量的影响

地下室底板目前常用的结构形式主要分为有梁式底板和无梁式底板，在正常的条件下无梁式底板的经济性优于有梁式底板，而且无梁式底板施工时减少了明梁侧模的开挖和施工，所以当下车库底板的选型多选用无梁式底板，但是对于人防工程而言底板的构造配筋要求比较严格，一般无梁楼盖的构造配筋率要求不小于0.3%，所以本文通过在相同条件下分别建模结合结构设计软件PKPM-SLABCAD具体通过实际数据对比得出不同底板形式的经济性。

（一）柱网、荷载及各项参数的确定

本次经济分析采用和顶板相同的柱网形式及跨数进行研究，底板在有无桩基础及具体桩的受力形式分别确定底板的人防荷载核6级取50kN/m2、25kN/m2，根据常用的抗浮水位（室外整平地面下0.5m），以及常用的地下室1200mm覆土，层高3.4m、3.8m、4.6m、4.9m分别计算出水浮力，按恒载输入模型进行计算比较，板厚取350～500mm。

（二）楼盖结构选型

根据当下最常用的底板形式及有梁式底板和无梁式底板进行经济性比较。

根据经验，梁的经济配筋率为0.6%～1.5%，柱墩及板的经济配筋率为0.3%～0.5%左右，经反复试算，按梁配筋率控制在1.5%左右，板的配筋率控制在0.3%左右来确定梁及板的截面尺寸。X、Y方向各取5跨作为计算模型进行研究，分别利用经验系数法和PMCAD根据配筋结果调整计算截面，得出合适配筋结果。

（三）方案比选过程

根据第一段及设定条件，比选梁板式底板、无梁底板分别在不同层高下的含钢量如下：

可以看出，在不同层高、相同柱跨的情况下，底板结构选型为无梁式底板时，一般结构含钢量最低。考虑到梁板式体系的明梁在底板施工过程中需要开梁槽，底板防水等做法不方便，现场人工及材料费也较高，故同样宜选用无梁底板体系。

同时，分析表格数据，可以看出随着柱跨的减小，地下室底板的结构含钢量相应减小，在建筑条件允许的情况下，应尽可能地采用小柱跨的结构布置形式，能大大降低地下室顶板的含钢量。同样，在不同层高下，考虑到地下室的实际使用功能，层高选择3.8m是一个比较合理的选择，同样可以有效降低地下室顶板结构含钢量。

四、 结语

通过前面的计算分析可以得出，在不同柱跨、相同覆土的情况下，人防地下室顶板为主梁大板体系、底板为无梁式底板体系时，结构含钢量均为最低，同时柱跨的大小，柱网的形状均对结构含钢量存在一定影响，在满足建筑功能的情况下，确定柱跨大小时，宜优先选用小柱跨;在柱跨相同的情况下，宜优先选择长方形柱网。本文通过对人防地下室结构布置选型的研究，总结了人防地下室不同结构布置形式对含钢量的影响，对人防地下室的设计有一定的借鉴意义。

作者简介：

颜俊山，上海民防建筑研究设计院有限公司。