地下車庫的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

房地產(chǎn)公司為了控制土建成本，獲得利潤最大化，常常在設(shè)計合同中提出結(jié)構(gòu)含鋼量和含砼量的控制指標(biāo)。而地下車庫，尤其是上部有多棟塔樓的大底盤地下車庫在整個項目中的造價占比相當(dāng)大，是結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化的重中之重，直接關(guān)系到整個項目結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)劣。 如何在確保結(jié)構(gòu)安全性和建筑使用功能的前提下、進(jìn)行結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化，設(shè)計出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的作品成為結(jié)構(gòu)工程師關(guān)注的重點。

1. 車庫軸網(wǎng)尺寸的比選：

對于地下車庫來說，柱網(wǎng)暨車位排布方案對工程造價有著非常重大的影響。目前工程中常見柱網(wǎng)一般為3車位，根據(jù)各地要求及項目定位的不同，開間為8.4米或8.1米不等。在停車效率相同的前提下，如果采用2車位的小面寬柱網(wǎng)，梁跨減小及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)必然對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性大有裨益。由此，對小柱網(wǎng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行考量是非常必要的。

以下對8.4mx6.0m跨度柱網(wǎng)（每柱網(wǎng)停3輛車，，簡稱“大柱網(wǎng)”）和5.6mx6.0m跨度柱網(wǎng)（每柱網(wǎng)停2輛車，，簡稱“小柱網(wǎng)”）進(jìn)行建筑功能、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性比較。兩種方案單車位寬度均為2.6m，均取67.2mX55.8m相同面積的區(qū)域進(jìn)行比較?？芍簝煞N方案停車數(shù)量相同。即，在面積相同的情況下，兩種方案布置的車位數(shù)非常接近，這一點在實施過的幾個實際項目中也得到了印證。另外，經(jīng)過對市場的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：對于3車位柱網(wǎng)，客戶通常優(yōu)先選擇靠柱的車位----因為在兩側(cè)有車的情況下，中間車位開門不便。由此可見，雙車位柱網(wǎng)對建筑功能和終端銷售無負(fù)面影響。

在結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性方面，按相同的荷載工況對兩種方案的地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以比較工程造價。頂板厚度均為200，頂板計1.5米覆土荷載，不考慮人防等效靜載，樁基均采用預(yù)制方樁。5.6mx6.0m跨度小柱網(wǎng)由于跨度減小，不僅梁配筋可大幅減少且控制性梁高也可降低；層高可降低0.2m，墻柱等豎向構(gòu)件的砼和鋼筋用量均下降，并使土方開挖及圍護(hù)費(fèi)用得以降低；跨度減小同時使得底板和地梁鋼筋、底板厚度均得以減小。柱數(shù)量雖增加，但由于截面尺寸小，柱單項造價與大柱網(wǎng)很接近。由表3可得出結(jié)論：5.6m雙車位柱網(wǎng)在節(jié)省工程造價方面優(yōu)勢明顯，對于鋼筋、混凝土用量可節(jié)約10%左右，按地下室造價3000--3500元/平方估算，則每平方可節(jié)約300余元，值得向建設(shè)單位推廣。

與上述情況類似，在比較了不同跨度的柱網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)，在不影響停車位數(shù)量的前提下，矩形柱網(wǎng)優(yōu)于正方形柱網(wǎng)，且柱網(wǎng)尺寸越小，結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)越好。另外，也需從有利于建筑和設(shè)備專業(yè)實現(xiàn)使用功能著想，力求與其他專業(yè)達(dá)到和諧共贏。

對于樁基造價，根據(jù)土質(zhì)及樁基選型的差異會互有高低。但總體而言，建筑面積及荷載總量相同，樁數(shù)及造價必然基本接近。

2.結(jié)構(gòu)布置形式的選用及比較

地下車庫頂板、頂梁的造價在約占整個車庫結(jié)構(gòu)造價的40%左右，因此選取合理的結(jié)構(gòu)梁板布置形式非常重要。常見的次梁布置形式有“十字形”、“兩橫兩縱”、“兩橫一縱”、“單向雙縱”、“單向縱梁”，前兩者常用于正方形柱網(wǎng)，后三者常用于矩形柱網(wǎng)；此外“主梁大板（無次梁）”等形式也常被設(shè)計人員所采用。對上文所列大小柱網(wǎng)采取不同的梁板布置形式.

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，主梁大板（無次梁）的形式造價最高，井字梁（含十字型或兩橫一縱、兩橫兩縱等）的形式造價居其次，而單向布梁的形式結(jié)構(gòu)用材最省。因此，在地下室頂板設(shè)計中推薦采用單向布梁的方式，此時X向框架主梁為控制性要素，可設(shè)置梁底加腋等措施控制其梁截面和配筋率。

3.主要參數(shù)的合理選用

在選定經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)布置的同時，應(yīng)精確控制各項技術(shù)參數(shù)、覆土厚度及荷載；嚴(yán)格控制計算程序中所取的各類參數(shù)值，不盲目放大，以確保滿足計算又經(jīng)濟(jì)合理的含鋼量。在地下車庫設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性影響較大的主要參數(shù)有：

1） 消防車荷載：應(yīng)按建筑總圖輸入消防通道和登高場地處的消防車荷載，不應(yīng)盲目擴(kuò)大荷載范圍；計算消防車荷載時應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）[1]（以下簡稱《荷載規(guī)范》）附錄B考慮覆土厚度折減，但該規(guī)范中未明確覆土應(yīng)力擴(kuò)散角的選取范圍及方法?？蓞⒄铡冻擎?zhèn)供熱管網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（CJJ105-2005）[2]附錄C，取覆土應(yīng)力擴(kuò)散角為35°。

2） 抗浮水位的選取：確定抗浮水位時，應(yīng)考慮周邊場地、道路標(biāo)高的影響。尤其是場地周邊存在較大高差時，水位的選取應(yīng)既合情又合理，此類情況建議分段考慮水位。如，某項目場地及周邊市政道路為北高南低，南北高差達(dá)2.5米，經(jīng)過與地勘單位、建設(shè)單位和相關(guān)專家研究確定，以水平長度20～30米分段，各區(qū)段抗浮水位按階梯式變化取值，在確保安全的情況下也實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)性。

3）. 抗浮計算系數(shù)的選?。耗壳翱垢∮嬎阆禂?shù)存在著多種計算方法，第一種為根據(jù)《荷載規(guī)范》3.2.4.3條文說明，永久荷載抗浮分項系數(shù)按工程經(jīng)驗取不大于1.0的值――則浮力取標(biāo)準(zhǔn)值，抗浮分項系數(shù)按經(jīng)驗取為0.9；第二種同樣根據(jù)《荷載規(guī)范》3.2.4.3條文說明，采用其它規(guī)范――則采用《給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50069-2002）[3]5.2.3條的計算方法，即建筑物抗浮穩(wěn)定系數(shù)取1.05，抗浮分項系數(shù)為1.0；第三種計算方法為根據(jù)《民用建筑工程設(shè)計常見問題分析及圖示》（05SG109-1）[4]3.6.11，建筑物抗浮力及浮力分項系數(shù)均為1.0，且兩者比值不小于1.0；經(jīng)試算，第一種計算方法較為不利，且與其它可借鑒規(guī)范中抗浮條款的安全度相當(dāng)，故此可按第一種方法進(jìn)行抗浮驗算。

4.地下車庫含鋼量、含混凝土量的常規(guī)控制指標(biāo)及規(guī)律

筆者統(tǒng)計了地下車庫結(jié)構(gòu)含鋼量，含混凝土量的常規(guī)指標(biāo)，見表4。

經(jīng)計算統(tǒng)計，不同類型地下室車庫經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)存在著一定的變化規(guī)律。在荷載取值相同的情況下，大柱網(wǎng)比小柱網(wǎng)鋼筋含量高30 kg/m2，混凝土含量高0.25 m3/m2；抗震等級每增加一個等級，鋼筋含量增加10 kg/m2，混凝土含量無變化；人防地下室比普通地下室鋼筋含量高30 kg/m2，混凝土含量高0.25 m3/m2；二層地下室比一層地下室鋼筋含量少30 kg/m2，混凝土含量少0.25 m3/m2。

5.結(jié)語

結(jié)構(gòu)專業(yè)在前期方案、結(jié)構(gòu)體系等基礎(chǔ)性問題上應(yīng)主動提前介入，與建筑、設(shè)備等相關(guān)專業(yè)協(xié)調(diào)，充分考慮，盡量提出有利于達(dá)成經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的方案，否則建筑方案確定后，土建造價的基數(shù)就已大致定型，施工圖階段再想調(diào)整為時已晚；在初步設(shè)計階段，應(yīng)對梁板布置等進(jìn)行多方案比選，做到心中有數(shù)，為施工圖設(shè)計奠定基礎(chǔ)、指明方向；施工圖階段計算配筋時則應(yīng)按實取用荷載，合理選用參數(shù)，于細(xì)處挖潛，不盲目放大配筋；而附屬構(gòu)件或構(gòu)造性鋼筋可以盡量取低限，合理配置有限的資源，力求將“好鋼用在刀刃上“。