地下车库楼盖结构体系分类及应用

孙 振 许婷华

(青岛理工大学土木学院，山东青岛 266033)

伴随城市化进程的加快，地下空间，特别是大空间、大跨度地下空间的开发和利用越来越倍受关注。城市地下资源的开发和利用，是解决城市发展与有限用地之间突出矛盾的最有效途径之一［1］，对于解决城市化进程中出现的土地紧张、交通拥堵、环境污染、能源浪费等问题发挥了积极作用。与此同时，现代高层建筑由于基础埋深的需要，往往会附带开发一部分的地下空间，且这部分地下空间大多被利用开发为停车设施［2］。发展地下停车场既能节约用地，又能起到美化城市的功效。种种现状和条件都为地下车库的建设带来机遇，开发建设地下停车设施成为当前国内各大城市的主导发展方向。为满足现代建筑大空间、大荷载灵活布置及限制层高的技术要求，相关部门和专家研究并提出了多种新型适用、技术经济效果好的结构体系。楼盖体系是地下车库最基本、最主要的组成部分之一。选择合理的地下车库楼盖体系不仅可以改善整个结构的力学性能，还可以降低工程材料的造价。因此，大力研究和改进楼盖结构体系，使其向体轻、多功能、装饰型等方向发展以满足人们对建筑使用功能和节能环保的要求，适应国民经济发展对建筑业的要求，已成为当务之急。

1 地下车库楼盖作用及特点

地下车库楼盖指地下停车设施中的楼盖体系，由承受上部荷载等作用的实心或空心板及支撑板的主梁、次梁或暗梁等构件组成的整体受力结构体系。楼盖不仅将其上荷载传递给竖向承重结构，而且与竖向承重结构一起形成地下车库的空间承重骨架，共同抵抗荷载等各种作用。作为水平受力构件，地下车库楼盖结构首先应满足自身的强度、刚度和稳定性的要求，同时保证与竖向受力构件的可靠连接，形成一个整体共同受力。其次，地下车库楼盖结构直接承受上部荷载，完成自身力的传递，将上部荷载传递至柱或墙，进而将荷载向下传递至基础及地基，完成结构受力。地下车库楼盖结构与竖向承重结构应有可靠的连接，增加结构的整体刚度，减小变形，更好地发挥受力性能，实现结构的功能，发挥其效用。楼盖结构的选型是否得当，布置是否合理，不仅关系到结构受力的好坏，而且对结构的正常使用、工程造价、室内景观效果及施工是否方便等均有重大影响。地下车库楼盖作为一种特殊的楼盖，其上部承担的荷载主要有覆土和消防车荷载。其中覆土由于绿化、景观及埋设管道的要求，厚度一般为1.5 m～2.2 m，部分工程覆土厚度甚至更大，设计时考虑的消防车荷载，其值大于普通楼面的屋面活荷载。覆土较大、荷载较大是该类楼盖荷载的主要特点。

2 地下车库楼盖结构体系分类

2.1 地下车库楼盖整体分类

1)按施工工艺可分为装配式、装配整体式和现浇式;2)按结构形式可分为肋梁式和无梁式;3)按有无预应力可分为普通钢筋混凝土楼盖和预应力钢筋混凝土楼盖。

近几年地下车库工程的调查研究分析表明，现浇地下车库楼盖的整体性和受力性能比装配式、装配整体式性能均好，同时现浇式地下车库楼盖具有整体刚性好、抗震性能强、结构布置灵活等优点，因此应用范围较广。采用预应力技术可以提高结构构件的承载能力，实现地下车库楼盖的大跨度、大空间的性能要求。但是预应力设计计算复杂、施工质量控制要求高，在一定程度上限制了其应用和发展。因此，目前地下车库楼盖多采用现浇普通钢筋混凝土技术。

2.2 地下车库楼盖主要结构形式

地下车库楼盖按结构形式分为肋梁式和无梁式两种。肋梁式地下车库楼盖一般根据板、梁和柱或墙的结构布置情况，划分为一般肋梁式地下车库楼盖和密肋式地下车库楼盖。其中一般肋梁式地下车库楼盖有单向肋梁、双向肋梁、井字梁地下车库楼盖等几种主要结构形式;密肋式地下车库楼盖主要为各类一次性或周转性模壳结构楼盖。无梁式地下车库楼盖不设梁或在空心板内设置暗梁或扁梁，地下车库顶板直接支撑在竖向受力构件上，通常竖向受力构件为混凝土柱或剪力墙。无梁式楼盖包括实心板无梁楼盖和空心板无梁楼盖。目前，常用的现浇空心板无梁楼盖主要有BDF薄壁箱、蜂巢芯、GBF薄壁管、叠合箱等;实心板无梁楼盖多为由实心大板与柱组成的板柱结构。

对近几年29项工程的地下车库楼盖工程结构形式调查与研究，常用地下车库楼盖工程结构形式有双向板、模壳结构、蜂巢芯、BDF方箱、井字梁、GBF薄壁管及叠合箱等。各结构形式所占比重如图1所示。

图1 地下车库楼盖结构形式所占比重

3 合理选择地下车库楼盖结构形式

地下车库楼盖结构形式包括:肋梁式地下车库楼盖，如双向板、井字梁楼盖等;密肋式地下车库楼盖，各类一次性、周转性的模壳密肋楼盖等;空心无梁式地下车库楼盖，如BDF方箱、蜂巢芯楼盖等。面对众多的结构形式，如何合理选择是难点，更是重点。

文献［3］中，对多层地下室楼盖结构形式的选择，从综合效益的角度衡量，主要焦点在于尽量减小楼层高度，从而减小地下室总埋深，分析总结采用无梁楼盖柱上板带加厚形式受力更合理，结构材料更节省，无梁楼盖为其最佳结构形式。文献［4］对现浇混凝土空心楼盖的技术特点进行了系统分析，总结了现浇混凝土空心楼盖的施工工艺流程及对混凝土的技术要求，分析了现浇混凝土空心楼盖在应用中的优点。文献［5］对三种结构形式地下车库楼盖进行设计，从经济角度进行对比分析，现浇混凝土空心楼板结构比普通楼盖结构综合造价节约30%，比钢结构综合造价节约50%以上。计算结果显示，在地下车库柱网较大、楼面荷载较大或对层高有限制的结构设计中，无论从技术方面，还是从经济方面，现浇空心楼板结构均具有较大优势，对于地上多层结构工程，也具有较大的参考价值。

文献［6］对BDF高强薄壁空心楼板进行经济技术分析，该结构形式楼盖隔音效果好、自重较轻、建筑功能较高、施工简便(只需平模安装)、节省模板并缩短模板施工周期的优势，且综合造价低、经济效益十分显著。文献［7］对蜂巢芯楼盖体系与无梁楼盖体系进行对比分析。结论显示，蜂巢芯楼盖体系具有节省材料、增大楼层空间、隔音隔热效果好、空间布置灵活等显著的特点;同时蜂巢芯减轻结构自重，使整个建筑结构具有良好的抗震性能;蜂巢芯楼盖体系节约建筑材料，施工便利，具有良好的经济效益，应用前景广阔。

选择合理的地下车库楼盖结构形式，应综合地下车库工程设计方案的经济效果、生命周期、施工难度、投资状况、管理水平、质量要求、安全环保等一系列比选因素。并使经济效益、社会效益、环境效益相结合，统筹规划，因地制宜，选择合理的地下车库楼盖结构形式。

4 地下车库楼盖设计方法及设计软件

4.1 地下车库楼盖设计方法

地下车库楼盖设计内力分析方法如下:

1)线弹性分析方法。该设计方法假定材料为弹性，结构或构件未达到极限状态前应力与应变成比例，可按荷载叠加原理由结构力学方法计算内力和变形，并可利用建筑结构静力计算手册和混凝土结构设计手册查表求解。

2)考虑塑性内力重分布的分析方法。该方法考虑结构开裂以后的情况，能较好的反映混凝土构件的真实受力。在设计阶段如果能较好控制内力重分布的大小，既能使结构构件充分发挥其承载能力满足安全的要求，又能保证结构构件在使用过程中挠度和裂缝得以控制满足适用性的要求。

3)塑性极限分析方法。该方法以结构形成几何可变体系和进一步加载时将导致结构破坏为前提，如果结构采用塑性很好的钢材配筋，混凝土的强度等级和截面的配筋率都不是很高，塑性铰具有很大的转动能力，可以使整个结构或其一部分形成可动机构，则可用静力法或机动法等极限分析方法求得其极限荷载值;该方法特别适用于估算结构构件的极限承载能力，应用此方法时要特别注意正常使用状态下的挠度和裂缝满足规范要求。

4.2 地下车库楼盖设计软件

目前结构设计领域应用有限元分析技术进行结构力学计算，并满足结构设计要求。常用的结构设计有限元软件包括ANSYS，SAP，ABAQUS，MIDAS，PKPM，TBSA，STRAT，广厦等。每个通用有限元软件都可以采用相应的计算方法完成结构分析，供设计和施工使用。国内较多运用PKPM和STRAT等完成各类肋梁式地下车库楼盖设计。早期无梁楼盖常采用WGCorley和J.O.Jirsa提出的等代框架梁法［8，9］。等代框架梁法是一种简化设计方法，其计算结果受梁扭转刚度折减系数的取值影响显著，折减系数不同，其结果差别很大。而STRAT有限元软件独有的受力岛设计理论，针对板式结构内力的岛状特征，采用加强受力岛区域的优化设计方法，合理的板式楼盖配筋方式，有效、全面降低楼盖各部位的配筋量，且降低配筋峰值。因此，众多的结构工程师更多运用STRAT有限元软件提供的超单元命令进行无梁楼盖的内力分析和结构计算。

5 结语

地下车库楼盖作为一种较特殊的楼盖体系，具有大跨度、大荷载的特点。地下车库楼盖工程结构形式多样，施工较复杂，工程造价差异较大，其前期的技术经济分析极为重要。合理选择地下车库楼盖结构体系，是影响工程可行性的关键性战略问题，比设计和施工阶段对工程的合理性及经济性影响更大。地下车库楼盖结构形式的设计与选择是一门综合性科学，受多种因素的影响和制约。做到地下车库楼盖结构形式设计与选择的合理性和科学性，要充分掌握各种楼盖结构体系的特点，针对具体情况具体分析，权衡利弊，因地制宜，从而确定地下车库楼盖结构形式。

［1］赵建彬.论城市地下空间规划与发展［J］.山西建筑，2005，31(21):25-26.

［2］胡 静.城市地下车库设计研究［D］.郑州:郑州大学硕士学位论文，2012.

［3］印江涛，张元坤.多层地下室楼盖结构型式经济技术综合分析［J］.广东土木与建筑，2009(2):37-38.

［4］钟胜华.对现浇混凝土空心楼盖结构的应用与施工的探讨［J］.中国住宅设施，2009(6):66-67.

［5］丁 锐.现浇空心楼板技术在地下车库中的应用［J］.建筑科学，2009(22):101-102.

［6］陈笑琼.BDF高强薄壁空心楼板的经济分析及施工要点［J］.福建工程学院学报，2005，3(3):79-80.

［7］岳铁平.蜂巢芯空心楼盖施工技术的工程应用［J］.四川建筑，2010(2):47-48.

［8］Corley WG，Jirsa JO.Equivalent Frame Analysis for Slab Design［J］.In:ACIPro，1970，67(11):875-884.

［9］Simmonds S，Misie J.Design Faetoes for the Equivalent Frame Method［J］.In:ACIPro，1971，68(11):68-71.