地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計多方案經(jīng)濟性簡析

李鐵成

廣東省東莞市鼎峰地產(chǎn)集團有限公司 52000

摘要：近年來地下室工程日益增多，地下室頂板樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計對于地下室工程總造價控制意向重大。目前頂板樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計方案多樣，本文以項目工程為案例，通過對常用的幾種地下室頂板結(jié)構(gòu)形式在不同荷載條件作用下，進行經(jīng)濟性比較，得出結(jié)論，供地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計選型參考。

關(guān)鍵詞：地下室頂板；結(jié)構(gòu)選型；經(jīng)濟性比較；無梁樓蓋；綜合造價

近年來，隨著高層建筑的增多，地下室設(shè)計日益廣泛，在住宅項目的開發(fā)過程中，地下室建設(shè)往往占有較大的比重，因此建設(shè)單位在進行工程投資核算時，項目地下室設(shè)計往往受到重視。地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計時，常具有以下三個特點：

1）結(jié)構(gòu)荷載大：地下室頂板覆土較厚，荷載較大，且常有消防車荷載及頂板人防荷載；

2）柱網(wǎng)間距大：地下室柱網(wǎng)間距常為8 ～ 9 米，有時更可達10 米以上，柱網(wǎng)間距較大；

3）受專業(yè)空間要求限制：地下室因其層高相對較小，且控制較為嚴格，地下室頂板梁截面高度較大時，若加上設(shè)備管道高度，地下室凈高較難滿足建筑專業(yè)要求。

一、地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的多樣性

目前，地下室頂板較為常見的結(jié)構(gòu)形式有主次梁體系、十字梁體系、井字梁體系、無次梁大板結(jié)構(gòu)體系及無梁樓蓋體系等，采用何種結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟，目前觀點較多，本文現(xiàn)結(jié)合工程案例分析，對以上幾種地下室頂板結(jié)構(gòu)形式進行經(jīng)濟性比較，提出個人一些淺見。

二、以案例為基礎(chǔ)的多方案地下室頂板結(jié)構(gòu)設(shè)計

某項目設(shè)有地下兩層地下室，地下室柱網(wǎng)為8. 4mx8. 4m，地下室層高為4m，柱截面為600x600 ㎜，砼強度等級為C30，鋼筋均采用HRB400 三級鋼。

a）模型分析方法

主次梁體系、十字梁體系、井字梁體系、無次梁大板體系采用Satwe 軟件分析計算，結(jié)構(gòu)布置見圖1 ～ 圖4。樓板鋼筋采用塑性法計算，板頂部分鋼筋通長配置，通長鋼筋滿足構(gòu)造要求；梁端支座負彎矩調(diào)幅系數(shù)取0. 8，梁截面按梁端支座經(jīng)濟配筋率（1. 4%左右）控制。無梁樓蓋體系采用平板設(shè)計，柱頂設(shè)置矩形平托板柱帽，柱帽尺寸滿足沖切計算及構(gòu)造尺寸要求，結(jié)構(gòu)布置見圖5。

無梁樓蓋體系采用PKPM—SlabCAD 有限元分析，并劃分為柱上板帶和跨中板帶，進行有限元后處理配筋。進行地下室頂板綜合成本分析時，統(tǒng)計各方案單位面積砼含量、鋼筋含量及單位面積綜合單價。單位面積綜合單價不僅包含材料費，還包含為完成工程所需要的人工費、設(shè)備費、機具使用費和企業(yè)管理費、利潤、各種規(guī)費和稅金，及一定的風(fēng)險費用，是分部分項工程單價的全部費用，也可認為是工程發(fā)承包單位價格。

b）不同覆土厚度結(jié)構(gòu)計算分析

地下室頂板上因設(shè)備管線布置、景觀堆坡及園林小品等要求，頂板不同部位，上部覆土厚度常不相同。以頂板覆土厚度取0. 6m、1. 2m、1. 8m 三種情況進行比較分析，頂板覆土自重按18kN /m3 考慮，頂板活荷載取5kN/m2，暫不考慮消防車道及人防荷載，地下室頂板結(jié)構(gòu)混凝土綜合價格取550元/m3，鋼筋綜合價格為6300 元/噸。在不同覆土厚度情況下，各結(jié)構(gòu)設(shè)計方案主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸見表1，各主要材料指標見表2。

c）不同活載工況結(jié)構(gòu)計算分析

地下室上常布設(shè)應(yīng)急消防車輛施救停放位置及通行車道，承受消防車荷載；也常作為人防掩蔽場所，承受人防荷載，因此頂板上除考慮一般均布活載外，也?？紤]消防車荷載及頂板人防荷載。以頂板覆土厚為1. 2m 為條件，按一般均布活載5kN /m2、消防車荷載和頂板人防荷載三種情況分析比較。

三、地下室頂板各方案經(jīng)濟性比較

從以上表格可以看出，地下室頂板在恒載起控制作用時，十字梁體系有較好的經(jīng)濟性；而當頂板上活載較大，承受消防車荷載或人防荷載時，大板體系卻有較好表現(xiàn)。

這是因為在恒載起控制作用時，十字梁體系通過合適的梁系布置，較大限度的發(fā)揮了樓板的雙向承載能力，控制了板厚，減少次梁數(shù)量，使得樓面荷載傳力路徑傳遞更直接、合理，降低了整體鋼筋數(shù)量；在活載起控制工況下，活載布置及作用對配筋影響較大，大板體系通過增大板跨，減少頂板上活荷載作用，發(fā)揮樓板承載能力，取得了較好的效果。

四、地下室層高對于地下室經(jīng)濟性的影響

地下室外墻除受到墻體外側(cè)回填土作用外，還受到地下水壓力、回填土傳來的上部活載作用以及人防荷載作用，其層高變化對于地下室綜合造價也影響較大。本案例中，室外標高為±0.000，地下室頂板及地下室水位標高去-1.2m，采用PKPM 軟件在有、無人防兩種工況進行分析，對不同層高地下室外墻經(jīng)濟性統(tǒng)計，詳見表5。在表中可以看出，地下室層高每增加100mm，單位建筑面積造價約增加15 元/㎡。而據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，地下車庫層高每增加100mm 時，土方開挖及基坑支護等工程綜合成本約增加25 元/㎡左右。綜合統(tǒng)計，地下室層高每增加100mm 時，地下室總成成本約增加30 ～ 45 元/㎡。

由此可見，當?shù)叵率翼敯蹇紤]采用無梁樓蓋體系時，可以在保證建筑、設(shè)備最小使用空間要求的基礎(chǔ)上，最大限度的降低地下室層高，降低了地下室工程直接或間接費用，從而使工程總成本降低，起到控制工程總投資、加快施工進度、提高結(jié)構(gòu)觀賞性的作用；但是無梁樓蓋體系的延性及安全度低于其他幾種，在造價差別不大的情況沒有優(yōu)勢。

五、結(jié)語

在地下室頂板結(jié)構(gòu)選型方面，以上幾種地下室頂板樓蓋結(jié)構(gòu)形式在實際工程中均有應(yīng)用，在項目設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)項目的特點，選擇相應(yīng)的地下室頂板結(jié)構(gòu)形式。在普通地下室頂板，優(yōu)先選擇十字梁體系；而在人防區(qū)，則考慮采用無次梁大板體系；而當?shù)叵率覍痈咭筝^為嚴格，設(shè)計條件較為苛刻，一般結(jié)構(gòu)體系難以滿足要求時，可考慮采用無梁樓蓋體系。在設(shè)計條件較為苛刻的情況下，結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)在建筑方案階段提前介入，在建筑室外高程、地下室層高、柱距及頂板覆土厚度等對于工程造價影響較為明顯的部位，發(fā)揮引導(dǎo)作用，滿足結(jié)構(gòu)安全性的前提下，提高地下室整體高程，減小地下室柱網(wǎng)跨度，在保證建筑、設(shè)備最小使用空間要求的基礎(chǔ)上，最大限度的降低地下室層高，減少覆土厚度，從而最終達到有效控制工程總造價的目的。

參考文獻：

[1]中國建筑科學(xué)研究院. JGJ3 - 2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]中國建筑科學(xué)研究院. GB50011 - 2010 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]中國建筑科學(xué)研究院. GB50010 - 2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]中國建筑科學(xué)研究院.GB50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]PKPM 系列（2010年版）結(jié)構(gòu)軟件用戶手冊及技術(shù)條件[M]中國建筑科學(xué)研究院.

[6]李國勝. 高層建筑地下室及地下車庫結(jié)構(gòu)選型的經(jīng)濟比較[J].建筑結(jié)構(gòu)·技術(shù)通訊

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一個過寬、失敗的電梯廳是北京飯店（雖然不是寫字樓，可是可以借鑒）（圖3），電梯廳8m寬，由于8臺群控，上下穿梭，加上地毯導(dǎo)致的靜電，往往在按鈕時打電，十分恐怖。此外有一種時常發(fā)生的問題：基于許多城市地處地震區(qū)，把核心筒的墻作為抗震墻是理所當然的?？墒墙ㄖ焸兎浅Ｈ菀装央娞蓍T的短墻也設(shè)計成抗震墻，可是通?？拐饓Χ际潜容^厚的，當三臺或四臺電梯成排的時候，往往客人看不見后面兩臺電梯門開了沒有（圖4-3），等到發(fā)現(xiàn)有人進去而趕過去的時候，門已經(jīng)關(guān)上了，非常惱火。其實只要不把該墻設(shè)計成厚的抗震墻，而設(shè)計成填充墻即可。填充墻就薄得多了，那樣就看得見了（圖4-2）。

那么墻薄了，對抗震是不是不利呢？其實并不是，由于該墻有很多洞口，起不了多大的抗震作用。倘若這道墻減薄0.2m，而將電梯背后的抗震墻加厚0.1m，這樣的抗震效果反而更加好。其次，把這道墻改成填充墻后，還有一個幼師，那就是無論電梯的信號箱是什么樣子，無論電梯定哪個廠商的型號，填充墻都可以適應(yīng)。這對上下分區(qū)的電梯組，還有一個優(yōu)勢。鑒于低區(qū)電梯的上空是能夠加以利用的，少了一堵抗震墻，上面部位就能夠成為一個大房間，可作為數(shù)據(jù)庫或者會議室（圖4-1），增加有效使用面積，一舉數(shù)得。一個小小的舉措，就能夠把被動變成主動。

四、寫字樓內(nèi)部設(shè)計關(guān)鍵問題

1、防火的問題

在高層寫字樓中，人流量比較大，這樣對于電的使用量隨之增大，和低樓層建筑相比較，發(fā)生火災(zāi)的機率較大。所以對寫字樓的電氣、水暖設(shè)施應(yīng)單獨走線，并安裝煙霧報警器。更急需要重視的是，不可以為了方便一味地多安裝電源插口。對電源插口數(shù)量適當?shù)目刂?，減輕線路負荷，減少發(fā)生事故的可能性。按照建筑防火的相應(yīng)需求，高層寫字樓的樓梯大部分是用來緊急情況進行疏散的。所以各層樓梯的位置需要相同，還要容易到達，樓層內(nèi)部應(yīng)設(shè)立明確的指示標志。在樓梯的出入口，應(yīng)當有充足的空間，避免出現(xiàn)緊急情況時出現(xiàn)擁擠踩踏。

2、垃圾處理

往往高層寫字樓都是由上千人集中在一起辦公的，每天產(chǎn)生大量的垃圾，在設(shè)計中應(yīng)當進行考慮的是：垃圾清理方面、收集和處理安排專門通道，一是為了使得清潔效率提高，二是為了確保辦公區(qū)域清潔、隔離病菌。

3、電氣問題

（1）應(yīng)急照明

當高層出現(xiàn)火災(zāi)或者其他類型故障、災(zāi)害的時候，造成正常照明系統(tǒng)中斷而需要啟動照明，也叫做事故照明。應(yīng)急照明的安裝必須要具有科學(xué)合理以及人性化，應(yīng)急照明大致安裝在疏散樓梯、消防控制室、消防電梯前室、自備電源室、消防水泵房、變配電室、防排煙機房的墻面上或者頂棚上。應(yīng)急照明大致疏散指示照明，就是標志出口位置的出口標志燈以及引導(dǎo)只想出口的指向標志燈，符合疏散通道的照明需求。

（2）電梯

在電梯設(shè)計中應(yīng)當確保位置合理，確保使用者在日?？梢猿霈F(xiàn)方便。在遇到電梯緊急情況的時候，要有快捷方便的方法讓人們迅速撤離。為了確保電梯安全正常的運行，以利于滅火、救人，對此還應(yīng)當考慮排水設(shè)施、變配電站、消防泵房、柴油發(fā)電機房往往設(shè)在高層建筑的地下室。

五、結(jié)束語

高層寫字樓建筑相當于是一座城市的“名片”，為城市的發(fā)展提供良好的物質(zhì)保證。因此，設(shè)計師應(yīng)當從經(jīng)驗、專業(yè)知識各方面出發(fā)，將寫字樓周邊環(huán)境加入一起進行考慮，建設(shè)一個適合社會人們工作、城市建設(shè)的寫字樓，滿足持續(xù)發(fā)展觀念。

參考文獻：

[1] 趙奇明. 談商業(yè)寫字樓建筑設(shè)計要點. [J]第40卷第30期.2014.10.

[2] 邱賽飛. 高層寫字樓建筑的設(shè)計要點. [J]建筑規(guī)劃與設(shè)計.

[3] 壽震華. 高層寫字樓的設(shè)計要點. [J]北京凱帝克建筑設(shè)計有限公司董事、總建筑師