地下車庫(kù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

房地產(chǎn)公司為了控制土建成本，獲得利潤(rùn)最大化，常常在設(shè)計(jì)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(kù)，尤其是上部有多棟塔樓的大底盤地下車庫(kù)在整個(gè)項(xiàng)目中的造價(jià)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(gè)項(xiàng)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(jì)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(diǎn)。

1. 車庫(kù)軸網(wǎng)尺寸的比選：

對(duì)于地下車庫(kù)來說，柱網(wǎng)暨車位排布方案對(duì)工程造價(jià)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(xiàng)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(duì)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性大有裨益。由此，對(duì)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(duì)8.4mx6.0m跨度柱網(wǎng)（每柱網(wǎng)停3輛車，，簡(jiǎn)稱“大柱網(wǎng)”）和5.6mx6.0m跨度柱網(wǎng)（每柱網(wǎng)停2輛車，，簡(jiǎn)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。可知：兩種方案停車數(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(diǎn)在實(shí)施過的幾個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中也得到了印證。另外，經(jīng)過對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：對(duì)于3車位柱網(wǎng)，客戶通常優(yōu)先選擇靠柱的車位----因?yàn)樵趦蓚?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(duì)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(duì)兩種方案的地下室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以比較工程造價(jià)。頂板厚度均為200，頂板計(jì)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(shí)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(xiàng)造價(jià)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(jià)方面優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)于鋼筋、混凝土用量可節(jié)約10%左右，按地下室造價(jià)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(shí)現(xiàn)使用功能著想，力求與其他專業(yè)達(dá)到和諧共贏。

對(duì)于樁基造價(jià)，根據(jù)土質(zhì)及樁基選型的差異會(huì)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(jià)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(kù)頂板、頂梁的造價(jià)在約占整個(gè)車庫(kù)結(jié)構(gòu)造價(jià)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(jì)人員所采用。對(duì)上文所列大小柱網(wǎng)采取不同的梁板布置形式.

經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，主梁大板（無次梁）的形式造價(jià)最高，井字梁（含十字型或兩橫一縱、兩橫兩縱等）的形式造價(jià)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(jì)中推薦采用單向布梁的方式，此時(shí)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(shí)，應(yīng)精確控制各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、覆土厚度及荷載；嚴(yán)格控制計(jì)算程序中所取的各類參數(shù)值，不盲目放大，以確保滿足計(jì)算又經(jīng)濟(jì)合理的含鋼量。在地下車庫(kù)設(shè)計(jì)中，對(duì)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(chǎng)地處的消防車荷載，不應(yīng)盲目擴(kuò)大荷載范圍；計(jì)算消防車荷載時(shí)應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）[1]（以下簡(jiǎn)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。可參照《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)，應(yīng)考慮周邊場(chǎng)地、道路標(biāo)高的影響。尤其是場(chǎng)地周邊存在較大高差時(shí)，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(xiàng)目場(chǎng)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)性。

3）. 抗浮計(jì)算系數(shù)的選取：目前抗浮計(jì)算系數(shù)存在著多種計(jì)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(xiàng)系數(shù)按工程經(jīng)驗(yàn)取不大于1.0的值――則浮力取標(biāo)準(zhǔn)值，抗浮分項(xiàng)系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)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(jì)規(guī)范》（GB 50069-2002）[3]5.2.3條的計(jì)算方法，即建筑物抗浮穩(wěn)定系數(shù)取1.05，抗浮分項(xiàng)系數(shù)為1.0；第三種計(jì)算方法為根據(jù)《民用建筑工程設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)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(yàn)算。

4.地下車庫(kù)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(jì)了地下車庫(kù)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(jì)算統(tǒng)計(jì)，不同類型地下室車庫(kù)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(jí)每增加一個(gè)等級(jí)，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(dòng)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(jià)的基數(shù)就已大致定型，施工圖階段再想調(diào)整為時(shí)已晚；在初步設(shè)計(jì)階段，應(yīng)對(duì)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(jì)奠定基礎(chǔ)、指明方向；施工圖階段計(jì)算配筋時(shí)則應(yīng)按實(shí)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“。