地下車庫的結構優化設計

房地產公司為了控制土建成本,獲得利潤最大化,常常在設計合同中提出結構含鋼量和含砼量的控制指標。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大,是結構經濟性優化的重中之重,直接關系到整個項目結構經濟指標的優劣。 如何在確保結構安全性和建筑使用功能的前提下、進行結構經濟性優化,設計出安全可靠、經濟合理的作品成為結構工程師關注的重點。

1. 車庫軸網尺寸的比選:

  對于地下車庫來說,柱網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一般為3車位,根據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,梁跨減小及其關聯產生的連鎖反應必然對結構經濟性大有裨益。由此,對小柱網的可行性和經濟性進行考量是非常必要的。

  以下對8.4mx6.0m跨度柱網(每柱網停3輛車,,簡稱“大柱網”)和5.6mx6.0m跨度柱網(每柱網停2輛車,,簡稱“小柱網”)進行建筑功能、結構經濟性比較。兩種方案單車位寬度均為2.6m,均取67.2mX55.8m相同面積的區域進行比較??芍簝煞N方案停車數量相同。即,在面積相同的情況下,兩種方案布置的車位數非常接近,這一點在實施過的幾個實際項目中也得到了印證。另外,經過對市場的調研發現:對于3車位柱網,客戶通常優先選擇靠柱的車位----因為在兩側有車的情況下,中間車位開門不便。由此可見,雙車位柱網對建筑功能和終端銷售無負面影響。

  在結構經濟性方面,按相同的荷載工況對兩種方案的地下室進行結構設計,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,樁基均采用預制方樁。5.6mx6.0m跨度小柱網由于跨度減小,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,墻柱等豎向構件的砼和鋼筋用量均下降,并使土方開挖及圍護費用得以降低;跨度減小同時使得底板和地梁鋼筋、底板厚度均得以減小。柱數量雖增加,但由于截面尺寸小,柱單項造價與大柱網很接近。由表3可得出結論:5.6m雙車位柱網在節省工程造價方面優勢明顯,對于鋼筋、混凝土用量可節約10%左右,按地下室造價3000--3500元/平方估算,則每平方可節約300余元,值得向建設單位推廣。

  與上述情況類似,在比較了不同跨度的柱網后發現,在不影響停車位數量的前提下,矩形柱網優于正方形柱網,且柱網尺寸越小,結構的經濟性指標越好。另外,也需從有利于建筑和設備專業實現使用功能著想,力求與其他專業達到和諧共贏。

  對于樁基造價,根據土質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,樁數及造價必然基本接近。

2.結構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構造價的40%左右,因此選取合理的結構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,后三者常用于矩形柱網;此外“主梁大板(無次梁)”等形式也常被設計人員所采用。對上文所列大小柱網采取不同的梁板布置形式.

  經過對比發現,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構用材最省。因此,在地下室頂板設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,可設置梁底加腋等措施控制其梁截面和配筋率。

3.主要參數的合理選用

  在選定經濟合理的結構布置的同時,應精確控制各項技術參數、覆土厚度及荷載;嚴格控制計算程序中所取的各類參數值,不盲目放大,以確保滿足計算又經濟合理的含鋼量。在地下車庫設計中,對結構經濟性影響較大的主要參數有:

1) 消防車荷載:應按建筑總圖輸入消防通道和登高場地處的消防車荷載,不應盲目擴大荷載范圍;計算消防車荷載時應按《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012)[1](以下簡稱《荷載規范》)附錄B考慮覆土厚度折減,但該規范中未明確覆土應力擴散角的選取范圍及方法??蓞⒄铡冻擎偣峁芫W結構設計規范》(CJJ105-2005)[2]附錄C,取覆土應力擴散角為35°。

  2) 抗浮水位的選?。捍_定抗浮水位時,應考慮周邊場地、道路標高的影響。尤其是場地周邊存在較大高差時,水位的選取應既合情又合理,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2.5米,經過與地勘單位、建設單位和相關專家研究確定,以水平長度20~30米分段,各區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了良好的經濟性。

  3). 抗浮計算系數的選?。耗壳翱垢∮嬎阆禂荡嬖谥喾N計算方法,第一種為根據《荷載規范》3.2.4.3條文說明,永久荷載抗浮分項系數按工程經驗取不大于1.0的值――則浮力取標準值,抗浮分項系數按經驗取為0.9;第二種同樣根據《荷載規范》3.2.4.3條文說明,采用其它規范――則采用《給水排水工程構筑物結構設計規范》(GB 50069-2002)[3]5.2.3條的計算方法,即建筑物抗浮穩定系數取1.05,抗浮分項系數為1.0;第三種計算方法為根據《民用建筑工程設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均為1.0,且兩者比值不小于1.0;經試算,第一種計算方法較為不利,且與其它可借鑒規范中抗浮條款的安全度相當,故此可按第一種方法進行抗浮驗算。

4.地下車庫含鋼量、含混凝土量的常規控制指標及規律

  筆者統計了地下車庫結構含鋼量,含混凝土量的常規指標,見表4。

  經計算統計,不同類型地下室車庫經濟性指標存在著一定的變化規律。在荷載取值相同的情況下,大柱網比小柱網鋼筋含量高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.結語

  結構專業在前期方案、結構體系等基礎性問題上應主動提前介入,與建筑、設備等相關專業協調,充分考慮,盡量提出有利于達成經濟性指標的方案,否則建筑方案確定后,土建造價的基數就已大致定型,施工圖階段再想調整為時已晚;在初步設計階段,應對梁板布置等進行多方案比選,做到心中有數,為施工圖設計奠定基礎、指明方向;施工圖階段計算配筋時則應按實取用荷載,合理選用參數,于細處挖潛,不盲目放大配筋;而附屬構件或構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“。



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