地下車庫頂板在不同樓蓋結構形式下的經(jīng)濟性對比分析

許愛國

(中國建筑西南設計研究院有限公司，四川成都 610041)

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地下車庫頂板在不同樓蓋結構形式下的經(jīng)濟性對比分析

許愛國

(中國建筑西南設計研究院有限公司，四川成都 610041)

在實際工程中，相同柱網(wǎng)的地下室頂板可以采用不同的樓蓋結構形式。為了滿足建筑平面功能布局、樓層凈高以及土建成本控制等各方面的需求，比較經(jīng)濟合理的樓蓋結構形式應該通過計算和對比分析后確定。鑒于樓蓋結構形式的多樣性，在具體工程中應綜合考慮各方面的因素，其中，經(jīng)濟性是需要重點考慮的因素之一。文章結合實際工程，借助結構設計專業(yè)軟件與自編程序，選取目前常用的幾種樓蓋結構形式在試設計后進行經(jīng)濟性對比分析，選出一種既經(jīng)濟又合理的樓蓋結構形式，同時也可為其他類似工程的地下車庫頂板樓蓋結構選型提供參考。

地下車庫； 樓蓋結構； 經(jīng)濟性

隨著近幾十年國內施工技術水平的不斷提高、新型材料的不斷應用以及建筑功能的要求不斷提高，一些特殊的樓蓋結構形式得到廣泛的推廣和應用。根據(jù)受力和支承形式的不同，樓蓋可以分為有梁樓蓋(肋梁樓蓋)和無梁樓蓋。其中，有梁樓蓋根據(jù)次梁布置的方式又分為單向板肋梁樓蓋、雙向板肋梁樓蓋、井式梁樓蓋、大板(無次梁)樓蓋、雙向密肋梁樓蓋等。根據(jù)樓板施工工藝的不同，樓蓋又可以分為裝配式樓蓋、裝配整體式樓蓋和現(xiàn)澆樓蓋。其中，現(xiàn)澆樓蓋又可分為鋼筋混凝土實心樓蓋、鋼筋混凝土空心樓蓋和鋼—混凝土組合樓蓋等。樓蓋按是否施加預應力又可分為普通鋼筋混凝土樓蓋和預應力混凝土樓蓋[1]。

鑒于樓蓋形式的多樣性，在具體工程中如何確定其類型，需綜合考慮各方面的因素，其中，經(jīng)濟性是需要重點考慮的因素之一。本文結合實際工程，選取幾種常用樓蓋類型進行計算分析，選出一種既經(jīng)濟又合理的樓蓋結構形式，可為本工程地下車庫頂板樓蓋結構選型定案提供參考。

1 研究對象

本工程項目位于西安市長安區(qū)，項目地塊區(qū)位如圖1所示，項目包含了地上高層住宅、多層商業(yè)、幼兒園、配套服務用房以及大底盤地下車庫。其中，地塊一中的地下車庫面積為3.3×104m2，車位數(shù)1 968個；地塊二中的地下車庫面積為6.01×104m2，車位數(shù)2 825個。本工程中的地下車庫在各塔樓之外的范圍普遍存在規(guī)則、等距、連續(xù)多跨的柱網(wǎng)，且受到的外部荷載單一，此類樓蓋便于進行經(jīng)濟性對比分析。根據(jù)結構力學理論，計算模型可以選取5 m×5 m跨的柱網(wǎng)進行計算分析，柱網(wǎng)尺寸為8.4 m×6.6 m，并選取正中間一個柱網(wǎng)作為研究對象(圖2)。

圖1 項目地塊區(qū)位

圖2 地下車庫柱網(wǎng)平面布置

2 工程條件

根據(jù)文獻[2-3]容易得到本工程的抗震設防分類為丙類，基本抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第一組，框架抗震等級為四級。對于地下車庫，計算模型中不考慮風荷載。地下車庫采用機械式停車位，考慮設備管道高度在內，建筑所需樓層凈高約為4 m，框架柱截面尺寸取500 mm×500 mm。根據(jù)建筑設計資料，車庫頂板覆土厚度為1.5 m，覆土自重取為27 kN/m2，考慮消防車荷載，故活荷載根據(jù)不同的樓蓋形式按照文獻[4]表5.1.1進行取值。地下車庫柱的混凝土強度等級采用C40，梁、板混凝土強度等級采用C30，梁、板、柱受力縱筋和箍筋采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋[5]。

3 樓蓋選型

選取幾種常見的樓蓋形式進行反復試算和試設計，所選取的幾種樓蓋形式對應的各構件截面尺寸如表1所示。各種樓蓋中的梁截面尺寸、板厚、柱帽尺寸等的確定是以滿足構件承載力和正常使用要求以及滿足梁、板配筋率處于合理范圍之內作為前提條件。為提高無梁樓蓋抗震性能，在框架柱之間增設暗梁，柱頂區(qū)域設置柱帽?？招臒o梁樓蓋中所指“空心”，其區(qū)域不包括柱帽和暗梁范圍，即位于跨中區(qū)域為空心，邊角為實心，這也與無梁樓蓋受力特性相匹配。另外，根據(jù)市場上空心板模具專業(yè)生產廠家提供的資料，空心板的常用厚度有210 mm、260 mm、300 mm、360 mm、420 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm和800 mm等幾種，因此在進行空心板樓蓋設計時，除了參考文獻[6]之外，板厚取值會考慮到這一因素，本文空心板厚度取為360 mm。空心板布置情況及填充箱體形狀如圖3所示。

表 1 各種樓蓋對應的各構件截面尺寸 mm

(b)空心板填充箱體剖面圖3 空心板填充箱體示意(單位:mm)

4 計算分析

對本文表1所列的幾種樓蓋類型分別進行建模計算和施工圖設計。其中，雙向密肋梁樓蓋、無梁樓蓋分別采用STRAT和YJK進行計算分析，空心板樓蓋根據(jù)文獻[5]自編程序進行計算分析，其余樓蓋采用PKPM進行計算分析。

5 設計結果

經(jīng)過計算分析和配筋設計，得到各種樓蓋對應的梁板配筋。對于有梁樓蓋，既考慮滿足規(guī)范的相關要求，又兼顧盡可能降低含鋼量，梁頂部角筋采用通長鋼筋考慮，其余多出的設置架立筋?？紤]到車庫頂板屬于超大超長結構，為減少樓板頂面產生裂縫，板頂設置了部分通長鋼筋，對板支座處配筋不足區(qū)域再設置附加非貫通筋。

6 材料用量統(tǒng)計

根據(jù)設計結果數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計出了梁、板的鋼筋、混凝土和模板的單位面積用量(圖4～圖6)。

圖4 鋼筋用量

圖5 混凝土用量

圖6 模板用量

7 造價匯總

以上各種樓蓋對應的工程量統(tǒng)計結果基本符合實際工程情況。為了更具對比性，本文再結合實際工程情況，計算出各種樓蓋的單方造價，即單位面積土建造價[7](圖7)。

圖7 單方造價

計算中考慮到目前西安建筑市場實際情況，鋼筋市場價格并不十分穩(wěn)定，混凝土價格也與強度等級和是否添加外加劑有關，模板價格也跟模板的規(guī)格與質量優(yōu)劣有關。因此，本文中材料單價暫取一個平均水平的價格進行考慮，其中，鋼筋為3 000 元/t，C30商品混凝土(含抗?jié)B劑)為340 元/m3，三六尺15 mm厚模板(不包含木枋)為43 元/m2，空心板填充箱體為80 元/m2。雙向密肋梁樓蓋用定型模板方案時，仍需要使用少量普通模板進行配合施工，因此本文將定型模板劃歸填充箱體考慮，其價格也參考填充箱體價格進行單方造價計算，以供參考。

8 對比分析

8.1 僅從結構所需高度考慮

根據(jù)表1和圖8容易看出，單向板肋梁樓蓋(順短跨布置)方案所需要的結構高度最大，達到1 100 mm。而所需要的最小結構高度為雙向密肋梁樓蓋(柱帽上翻)方案，達到600 mm；當不考慮柱帽高度對設備管道布置的影響時，所需要的最小結構高度應是無梁樓蓋方案，達到350 mm。

圖8 各種樓蓋所需結構高度

8.2 僅從單方用量考慮

用鋼量最大的是空心無梁樓蓋方案，最小的是單向板肋梁樓蓋(順長跨布置)方案；混凝土用量最大的是實心大板樓蓋(無次梁)方案，最小的是單向板肋梁樓蓋(順短跨布置)方案；模板用量最大的是井式梁樓蓋方案，最小的是無梁樓蓋方案。

8.3 僅從單方造價考慮

最經(jīng)濟的是單向板肋梁樓蓋(順長跨布置)方案，單方造價為346.5元/m2；最不經(jīng)濟的是雙向密肋梁樓蓋方案，單方造價為401.5元/m2，比單向板肋梁樓蓋(順長跨布置)方案多出了15.9 %。

8.4 小結

從經(jīng)濟和工程概預算角度考慮，因計價及管理需要，一個建設項目可以向下逐級分解為各個單項工程、單位工程、分部工程和分項工程。而一個工程建設項目總投資費用則包括固定資產投資和流動資產投資兩項費用，前者又分為建筑安裝工程費用、設備及工器具購置費用、建設工程其它費用、預備費和建設期貸款利息等。

因此，本文所研究討論的工程造價僅指建設項目下某一分部分項工程中建筑安裝工程費用所包含的直接材料費和混凝土模板等措施費，至于涉及到此項目中的其他費用需要另行考慮，作為項目最終的一個經(jīng)濟性概預算造價還應對項目中各項費用進行綜合考慮和對比分析。例如，僅從單方造價角度考慮，最不經(jīng)濟的是雙向密肋梁樓蓋方案，但僅從結構所需高度角度考慮時，此樓蓋所需結構高度最小，從而降低了地下室的層高，由此帶來了整個項目地下室土方開挖量的節(jié)省成本效益。同時，此樓蓋結構的施工采用工業(yè)化標準化生產的定型肋模，可以有效加快施工進度，節(jié)約工期，因此，此樓蓋方案帶來的綜合成本效益是比較可觀的。再如空心大板樓蓋，其所使用的輕質填充體也可以由專業(yè)生產廠家進行批量化標準化生產，從而可以加快施工進度，節(jié)約工期和混凝土用量，同時因結構自重減輕所帶來的基礎設計成本降低也對整體經(jīng)濟效益的影響較大。其他樓蓋方案也各有自己的優(yōu)點，限于篇幅，此處不再一一贅述。

9 結束語

從以上分析可以看出，對最終單方造價影響較大的仍是含鋼量因素，以上結論僅從某一片面的角度進行對比總結的，但對于一項實際建設工程項目的總費用投資，以上得出的單方造價可以為項目在前期進行概預算時提供參考。如前所述，即使局限于某一單項工程的建安造價而言，還需要綜合考慮到其他相關費用，然后再進行綜合比較，得出經(jīng)濟可行的最優(yōu)方案。

對于一項實際工程，其樓蓋類型的確定，除了需要考慮經(jīng)濟性這一最主要的因素之外，有時還需要結合各種樓蓋本身特點和實際工程情況的需要來確定。因此，結構工程師若能對各種樓蓋結構的經(jīng)濟性有一定認識，并對各種樓蓋結構的優(yōu)缺點有所了解，這對項目前期階段較為準確的確定樓蓋類型定會帶來事半功倍的效果。

[1] 沈蒲生.樓蓋結構設計原理[M].北京:科學出版社,2003.

[2] GB 50223-2008 建筑工程抗震設防分類標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] GB 50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[4] GB 50009-2012 建筑結構荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] GB 50010-2010 混凝土結構設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[6] JGJ/T 268-2012 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

29項工程獲得第十四屆詹天佑獎

2017年4月14日，第十四屆中國土木工程詹天佑獎(以下簡稱“詹天佑獎”)頒獎大會在北京舉行，共有29項科技創(chuàng)新工程榮獲詹天佑獎。住房城鄉(xiāng)建設部副部長易軍出席并講話。中國土木工程學會理事長郭允沖在大會上發(fā)言。中國土木工程學會副理事長、清華大學副校長袁駟出席。

易軍在講話中指出，詹天佑獎的評選突出技術創(chuàng)新和新技術應用，是當前工程界貫徹自主創(chuàng)新戰(zhàn)略、以科技創(chuàng)新促進經(jīng)濟發(fā)展的一個重大獎項。獲得詹天佑獎的工程不僅是獲獎工程和獲獎單位的榮譽，也成為充分體現(xiàn)我國建設工程技術水平與成就的重要標志。

易軍強調，工程建設領域要以中央“五位一體”總體布局和“四個全面”戰(zhàn)略布局為引領，充分發(fā)揮科技的支撐和引領作用，促進我國工程建設領域的進一步發(fā)展。要全面推進建筑業(yè)改革的發(fā)展，打造中國建造品牌；要以推進供給側結構性改革為主線，提高創(chuàng)新能力；完善管理體制，大力促進創(chuàng)新成果的轉化與應用；要強化管理，以工程科技創(chuàng)新促進工程質量安全水平的整體提升。

易軍強調，作為貫徹創(chuàng)新戰(zhàn)略、促進工程建設領域科技創(chuàng)新的詹天佑獎，要充分發(fā)揮示范帶動作用，進一步激發(fā)工程建設行業(yè)的創(chuàng)新熱情，促進行業(yè)科技發(fā)展水平不斷進步，促進我國由工程建設大國向工程建設強國轉變。

摘自《中國建設報》

許愛國(1986～)，男，碩士，結構工程師。

TU318.2

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[定稿日期]2017-02-25