某大型商业超市的梁板体系分析

王 凯（上海天华建筑设计有限公司，上海 200235）

1 工程概况

结构设计分为结构体系设计与构件设计。其中，结构体系设计包括结构类型的分析与梁板体系的分析，在结构类型确定后，需要开展梁板布置的分析。梁板的布置不仅关系到结构梁高的取值，影响建筑净高，而且对整体造价也有较大影响。本文以结构体系中的梁板布置方案分析为主，通过分析不同梁板体系的经济性，获得较合理的平面布置方案与楼板厚度，可以为类似项目提供一定的参考。

选取的项目位于宁波市江北区。总建筑面积约28.85万m2，地上建筑面积16.08万m2，地下建筑面积12.77万m2。工程±0.000相当于绝对标高3.650m，室外绝对标高3.500m。项目为地下二层、地上四层商业综合体，其中，大型商业超市为地上两层，位于本地块东北角，占地面积0.85万m2，建筑体形较规则，地下二层层高4m，地下一层层高6m，地上层高为9m，采用钢筋混凝土框架结构。

根据地勘报告，项目所在场地的抗震设防烈度为7度（0.10g），设计地震分组为第一组，场地类别IV类，特征周期为0.65s。根据《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223-2008）[1]，本项目属于标准设防类。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)[2]，框架结构的抗震等级为三级，大跨度框架的抗震等级为二级。

商业综合体的整体效果如图1所示，大型超市的二层结构平面如图2所示。

图1 商业综合体的整体效果图

图2 二层结构平面布置图

2 基本输入条件

本超市业态特殊，企业有自己的标准设计要求，结构设计时需结合企业标准与国家标准。其标准柱网跨度为9m×12m，柱截面不超过800mm×800mm，扣除设备管线、建筑面层后的结构净高不应小于7m。

仓库、卸货区及其他区域的楼面等效活荷载：板取值30kN/m2，梁取值20kN/m2。构件设计时应考虑活荷载的不利布置、重力荷载代表值的修正。活荷载取值在结构设计时需对梁板区别考虑，板活荷载取值仅在板设计配筋时取用。

主次梁、柱、基础以及结构整体计算时，取梁的等效楼面荷载考虑，且不再进行活载折减。货运通道范围内还需叠加叉车的移动荷载，叉车荷载自重加负重为5000kg，考虑运行时的动力放大系数。

3 结构布置方案的经济性比选

分析时，控制主次梁配筋率不超过2%，在截面、荷载不变的前提下，调整不同的主次梁布置及截面，对结构平面布置的合理性进行分析。

板配筋设计时，考虑有限元算法，楼板计算宽度取1m。由于梁截面较高，梁配筋设计时顶筋放大系数取1.03，底筋放大系数取1.05，挠度裂缝处于可控制范围。柱配筋按单偏压设计，双偏压复核。

3.1 首层及二层结构布置方案

由于超市对营业净高的限制较高，故支撑次梁的框架梁截面均取650mm×1150mm，次梁截面均取550mm×1100mm。首层楼板厚度180mm，二层楼板厚度150mm。具体的平面布置方案如图3所示。

图3 首层及二层结构平面示意图

混凝土等级采用C30，钢筋等级采用HRB400。材料造价采用综合造价，已统筹考虑材料、施工、损耗等因素的影响。具体经济性分析如表1、表2所示。

表1 首层的经济性分析表

表2 二层的经济性对比表

（1）从板钢筋用量出发，方案1最优。此时首层楼板厚180mm，考虑双层双向0.25%的构造配筋率；二层楼板厚150mm，采用分离式配筋，无板顶拉通筋要求。

（2）从梁钢筋用量出发，方案4最优，方案2其次。这是因为方案4以12m长向跨度为主梁方向，9m短向跨度方向为次梁方向，板跨划分类似大板结构，楼板充分发挥承载力所致（楼板配筋较大）。

（3）从柱钢筋用量出发，方案3、方案4较优。板面荷载相同时，混凝土用量越多的柱所承担的轴力越大，而压弯构件的配筋值与轴压比相关（大偏压、小偏压）。分析柱配筋值得知，方案1、方案2的边界柱配筋较大，钢筋用量较大。

（4）从混凝土用量出发，方案2、方案4较优。柱截面、楼板厚度相同，梁截面越大、次梁布置越多，混凝土用量也相对越多。

（5）次梁数量越少、次梁跨度越短、板块划分越大，楼板的承载力发挥越充分，楼板钢筋用量越多。

由于本项目首层及二层活荷载较大，梁的内力由重力荷载基本组合控制，地震荷载作用下的支座反向弯矩较小，可以采用国标图集《16G101-1》第87页部分梁底钢筋伸入支座的配筋方式，以节约梁钢筋，减小节点钢筋锚固量，提高经济性与施工便捷性。

汇总后的综合总造价趋势如图4所示。

图4 首层及二层的造价趋势图

观察表1、表2、图4可知：

(1)从钢筋总造价出发，方案1经济性最优，方案3其次，即方案1的含钢量最低，方案3其次。

(2)从混凝土总造价出发，方案4经济性最优，方案2其次。

(3)结合钢筋造价与混凝土造价，方案1经济性最优，方案2其次。首层趋势平缓，二层趋势较明显。

由于本项目属于大型特殊商业，其内部管线复杂，管道尺寸较大，而超市自身对建筑净高要求较高（扣除设备管线、建筑面层后的结构净高不应小于7m）。综合考虑超市日常使用需求及综合造价的经济合理，最终超市的首层及二层楼面选用方案1（Y向双次梁）。

3.2 地下二层结构布置方案

由于地下二层层高（4m）较矮，建筑净高限制较严，承担次梁荷载的主梁截面均为450mm×800mm，双次梁方案次梁截面为300mm×750mm，单次梁方案次梁截面为400mm×750mm。楼板厚度根据跨度进行选取。具体的平面布置方案如图5所示。

图5 地下一层及屋面层结构平面示意图

混凝土等级采用C30，钢筋等级采用HRB400。材料造价采用综合造价，已统筹考虑材料、施工、损耗等因素的影响。具体经济性分析如表3所示。

表3 地下二层的经济性对比表

(1)从板钢筋用量出发，方案1最优。地下二层楼板采用分离式配筋，无板顶拉通筋的要求。

(2)从梁钢筋用量出发，方案4最优。这是因为方案4以12m长向跨度为主梁方向，9m短向跨度方向为次梁方向，板跨划分类似大板结构，楼板充分发挥承载力所致（楼板配筋较大）。

(3)从柱钢筋用量出发，各方案的柱钢筋用量差异较小。地下室柱二层无地震力，梁端弯矩较小，且层高较低（4m），故柱钢筋用量较大屋面板偏少。

(4)从混凝土用量出发，地下二层方案2、方案4较优，大柱截面、楼板厚度相同，梁截面越大、次梁布置越多，混凝土用量也相对越多。

(5)次梁数量越少、次梁跨度越短、板块划分越大，楼板的承载力发挥越充分，楼板钢筋用量越多。

汇总后的综合总造价趋势如图6所示。

图6 地下二层的造价趋势图

观察图6可知：

(1)从钢筋总造价出发，方案1经济性最优，方案3

其次。即方案1的含钢量最低，方案3其次。

(2)从混凝土总造价出发，地下二层方案4经济性最优。

(3)结合钢筋造价与混凝土造价，方案1经济性最优，方案3其次。不考虑楼板双层双向配筋的地下二层各方案差异较明显，考虑双层双向构造配筋率的大屋面板各方案差异较小，方案1、方案2、方案3相差在2%以内。

观察造价趋势图，方案1经济性较优，考虑到项目模板周转损耗、施工工期安排的情况地下二层及大屋面层选用方案1，以便全楼共用模板及脚手架，降低施工措施费，加快施工进度，节约能源耗材。

3.3 楼板厚度的分析

由3.1节、3.2节可知，本项目选用方案1的Y向双次梁布置时整体经济性较优。故本节基于平面布置进行楼板厚度的比选。根据构造要求可知：

(1)地下一层楼板长宽比12/3=4，宜按照单向楼板进行计算，板面荷载较常规，板厚宜取110mm。

(2)首层楼板作为嵌固端时板厚不应小于180mm，板面荷载较大，楼板厚度可不进行经济性比较。

(3)二层楼板作为地上楼板，板面荷载较大，应对楼板厚度进行经济性比较。

(4)本项目长度及宽度均超出规范要求，属于超长结构，屋面层楼板考虑收缩应力、温度应力等非直接荷载作用，屋面楼板厚度不宜小于120mm，构造配筋率至少8@150，故可不进行经济性比较。

板配筋设计时，需考虑活荷载的不利布置对楼板内力的影响。楼板底筋采用贯通筋，顶筋采用分离式配筋，楼板配筋不足时可附加分布钢筋。

为简化过程，本节将截取整体模型中9m标高的二层标准柱跨9m×12m进行计算。混凝土等级采用C30，钢筋等级采用HRB400。

具体的材料用量及造价如表4所示。

表4 二层的经济性对比表

(1)从板钢筋用量出发，板厚200mm的经济性最优。楼板越厚，板的钢筋用量越少。

(2)从梁钢筋用量出发，各方案的梁钢筋差异较小。楼板厚度越薄，板的承载力发挥的越高，板配筋越大，梁配筋相应较小；同时，楼板加厚自重变大，梁的负荷增加，配筋相应也增大。

(3)从柱钢筋用量出发，各方案的梁钢筋差异较小，可近似认为相同。

(4)从混凝土用量出发，楼板厚度越厚，混凝土用量越多。

汇总后的综合总造价趋势如图7所示。

根据图7可知：

(1)从钢筋总造价出发，楼板越厚，经济性越优。

(2)从混凝土总造价出发，楼板越薄，经济性越优。

(3)结合钢筋造价与混凝土造价，板厚160mm的经济性较优。

(4)本项目层高较高，货架较重，货架支点的集中荷载较大，过薄的楼板抗剪能力、抗冲切能力及抗振动能力较差，故不建议采用低于160mm的楼板厚度。

综上所述，二层楼板取160mm较为经济，较大的楼板厚度使得钢筋排布较为便捷，施工难度较小，且结构安全度提高较多，故二层楼板建议取值160mm。

4 结语

(1)商业项目中的平面布置与建筑功能息息相关，不同的功能有不同的荷载水平，而不同的荷载水平又对应不同的结构平面布置方案。

(2)非地库顶板的正方形标准跨均以双次梁布置为主，此时梁的截面、配筋均较合理，整体经济性较好，建筑效果也较美观。非地库顶板的长方形标准跨可以采用长向为次梁、短向为支撑框架梁的双次梁布置方案，可以获得较好的经济性。

(3)重荷载工况的楼板并非越薄越好，其经济性也会呈现V型分布，先降后升。