地下车库的结构平面实例分析

胡晓亮

(甘肃省城乡规划设计研究院,甘肃 兰州　730000)



地下车库的结构平面实例分析

胡晓亮

(甘肃省城乡规划设计研究院,甘肃 兰州730000)

摘要结合甘肃省天水市某地下车库结构平面布置工程实例,通过分析计算对比结构经济性的两个主要客观指标:钢筋工程量和混凝土工程量,证实主次梁结构和主梁结构两者的综合差距均在2%之内,实际在材料使用量上没有本质差别,对比无梁楼盖,材料成本均增加60%以上,造价成本比无梁楼盖结构花费更高。证明无梁楼盖结构在整体经济效益上更占据优势,是设计中降低结构经济指标的可行途径。计算对比结果也为今后地下车库结构设计方案选择提供了参考。

关键词地下车库;框架结构;无梁楼盖

改革开放以来,中国国民经济进入持续、稳定、高速发展的新时期,高速的经济发展促使城市化进程加快,城市化的高速发展使城市交通也逐步进入黄金时期。近年来,随着小型车辆保有量的不断攀升,停车库,特别是住宅小区内部地下车库的建设数量开始稳定增长。地下车库不占用地上空间,在平时和战时使用上都可以服务于不同的功能,而此类建筑的功能特点使得框架结构成为结构方案的首选。框架结构平面布置灵活,适应性强,施工方便[1]。常见的框架布置分为井字梁(主次梁)布置形式及主梁布置形式。此外,无梁楼盖结构也在近年来地下车库的设计中逐渐开始有规模的采用。

1结构抗震计算算例

1.1工程概况

实例工程为某小区内部地下车库,位于甘肃省天水市麦积区,已于2014年开工建设。地下室1层为车库,连通小区内部各单体高层住宅楼。车库地下高度4.20 m,顶板1.50 m覆土,平面尺寸为133.00 m×60.00 m(平面最大尺寸),柱网跨距以8.40 m×8.40 m为主。场地抗震设防烈度为8°,设计基本地震加速度值为0.30 g;场地类别为Ⅱ类建筑场地;特征周期0.40 s。设计地震分组为第二组,抗震设防类别为标准设防类。基本风压为0.35kN/m2,地面粗糙度均为B类。抗震设防类别为标准设防类,框架抗震等级为二级。

1.2方案布置

在结构平面布置中,结合使用功能采取框架梁板式结构,通常可采用如图1～图3所示的共计三种结构平面方案。

1.3结构计算结果

结构计算采用中国建筑科学研究院PKPM(网络板)2010系列软件(V2.2版)。地震作用计算考虑了结构的扭转耦联和双向地震作用,取三个振形计算,其中方案3采用等代框架法计算。

(1) 平面布置和截面设计方案1:采用井字网格布置主次梁,主梁截面(宽×高)0.40 m×1.00 m,次梁截面(宽×高)0.35 m×0.80 m,柱横截面0.60 m×0.60 m,外墙厚度0.30 m,顶板板厚设计为0.25 m。详细平面布置见图1。

方案2:采用仅布置主梁,主梁截面(宽×高)0.40 m×1.00 m,柱横截面0.60 m×0.60 m,外墙厚度0.30 m,顶板板厚设计为0.35 m。详细平面布置见图2。

方案3:采用无梁楼盖,柱横截面0.60 m×0.60 m,柱帽二阶厚度分别为0.20 m、0.40 m(不计板厚),外墙厚度0.30 m,顶板板厚设计为0.40 m。详细平面布置见图3。

(2) 荷载取值恒荷载取值为覆土自重+顶板自重+面层做法荷载。

活荷载取值为无车道部分取5.00kN/m2,消防车道部分取用20.00kN/m2(方案2、方案3柱网取值大于6.00 m)及按覆土厚度折减35.00kN/m2(方案1柱网取值小于6.00 m)。

(3) 裂缝控制“混凝土结构设计规范”规定的裂缝宽度按混凝土环境类别(室外,最低二a类)为0.000 20 m[3],由于车库顶板部分对裂缝要求较高,车库顶板结构构件均按0.000 20 m裂缝宽度控制设计。

(4) 轴压比控制轴压比的计算公式为

Uc=N/(Ac×Fc),

(1)

Uw=N/(Aw×Fc),

(2)

其中:Uc 、Uw 为柱和剪力墙的计算轴压比;N 为控制轴压比的公式;Ac 、Aw 为柱和剪力墙的截面面积;Fc为混凝土抗压强度,轴压比是体现墙柱抵抗重力荷载代表值作用下能力,对此《建筑抗震设计规范》[4]中有明确的规定:Uc ≤Ucf;Uw ≤Uwf。 Ucf 、Uwf 为柱和剪力墙的允许轴压比。工程的适用允许轴压比Ucf=0.75[4]。方案1底层Uc=0.73,方案2底层Uc=0.65,方案3底层Uc=0.62,各设计方案均满足规范要求,方案3由于构件数量最少,自重相对最轻,计算结果数值最小。

2经济效益比较

2.1主要结构材料用量比较

统计计算采用中国建筑科学研究院PKPM(网络板)2010系列软件(V2.2版)STAT-S工程量统计模块简略计算,钢筋型号一律采用HRB400,混凝土等级一律采用C35(耐久性要求),各方案主体主要结构构件(不涵盖基础部分和柱帽,柱墙相连区域柱钢筋包含在墙部分中)工程量见表1(仅计入整数部分)。

方案1合计钢筋工程量为596 274 kg,方案2合计钢筋工程量为602 188 kg。方案3由于还设计有框架柱柱帽,粗略单独统计钢筋工程量为5 328 kg(构造配筋),方案3合计钢筋工程量为351 044 kg。

方案1合计混凝土工程量为4 124 m3,方案2合计混凝土工程量为4 056 m3。方案3由于还设计有框架柱柱帽,粗略单独统计混凝土工程量为138 m3,方案3合计钢筋工程量为4 007 m3。

2.2统计结果分析

(1)钢筋工程量对比分析根据各方案的工程量统计,方案1对比方案2实际的差异只有0.99%,考虑到实际配筋和施工的误差,实际上两个方案在钢筋工程量上没有本质差别。而方案1和方案2对比方案3则差异较大,分别增加了方案3的70%和71%的钢筋工程量。方案3在钢材的经济性上明显占据优势。

(2)混凝土工程量对比分析根据各方案的工程量统计,方案1对比方案2实际的差异为1.67%,方案1对比方案3实际的差异为2.91%,方案2对比方案3实际的差异为1.22%,考虑到实际施工的误差,实际上三个方案在混凝土工程量上也没有较大的差别。但是方案3在混凝土的用量上仍然最小,但是对比其他方案优势很小。

(3)分析结论通过对比结构经济型的两个主要指标:钢筋工程量(含钢量)和混凝土工程量,可以看到无梁楼盖结构(方案3)在整体经济效益上占据明显优势,而主次梁结构(方案1)和主梁结构(方案2)两者之间没有显著差距,在材料的造价成本上对比无梁楼盖结构(方案3)花费更高。

3结论

通过以上阐述和实例分析可以得到以下结论:

(1)从实际使用方面无梁楼盖结构较好地满足了建筑使用功能上的要求,特别是能提供较大的建筑净空,便于设备管道的布置与安装,减少建筑层高。在地下结构中采用,可以减少基础埋深,减少基坑土方开挖和基坑支护费用,当遇地下水位埋藏浅时,还可减少施工降水费用;

(2)从结构传力途径方面来说,无梁楼盖结构竖向重力荷载直接由板传到竖向受力构件柱和墙,传力路径简捷。并且无梁楼盖结构由于薄膜效应的有利影响,实际承载力比计算值大得多(各国规范中均未考虑),在结构使用上可靠性更好;

(3)从经济上考量,由于结构构件更加简化,实际的材料使用量对比框架结构也更少。但是框架结构设计和施工技术和经验上多年的沉淀使得框架设计方案在我国的地下车库设计中仍然是主流,特别是楼板抗裂缝上技术和各项检测已经非常成熟;

(4)无梁楼盖由于受力特点对楼盖结构的要求较高,现阶段很多地区的施工企业还无法达到标准,施工技术还有待进一步的发展,设计方案经验也较少。不过放眼未来,毫无疑问无梁楼盖方案设计值得进一步的推广和使用。

参考文献:

[1]黄兴棣,吴秀凤,陈祖述.钢筋混凝土房屋结构设计与实例[M].上海:上海科学技术出版社,1994.

[2]于振洲,金光豪.地下车库无梁楼盖结构设计技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[5]李国胜.多高层建筑基础及地下室结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社.2011.

[6]李永康,马国祝.PKPM2010结构CAD软件应用与结构设计实例[M].北京:机械工业出版社,2012.

[7]李亚娥,王加祥,孙义勇,等.框架结构不同刚度节点抗连续性倒塌性能分析[J].甘肃科学学报,2014,26(2):84-87.

[8]中国建筑科学研究院PKPM工程部.SATWE多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件用户手册及技术条件(2010版)[Z].北京:中国建筑科学研究院,2011.

[9]中国建筑科学研究院PKPM工程部.SLABCAD复杂楼板分析与设计软件用户手册及技术条件(2010版)[Z].北京:中国建筑科学研究院,2011.

Instance Analysis on Structure of Underground Garage

Hu Xiaoliang

(Gansu Institute of Urban Planning and Design,Lanzhou 730000,China)

Key wordsUnderground garage;Frame structure;Flat slab

AbstractBy integrating engineering project of plane layout of structure of one underground garage in Tianshui City of Gansu Province,analyzing,calculating and comparing the two important objective indicators of structure economy which are reinforcement engineering quantity and concrete engineering quantity,it is verified that the comprehensive difference between main and secondary beam structure and main beam structure is within 2%,and the actual material usage amount has no essential distinction.Compared with flat slab,both material cost increases at least 60%,and its construction cost is higher.It indicates that flat slab has more advantages on the overall economic benefits,and is a workable approach for reducing structural economy indicators in design.The results of calculation and comparison have also provided references for the further structural design plans of underground garage.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.03.020.

收稿日期:2015-05-26;修回日期:2015-07-03.

作者简介:胡晓亮(1983-),男,甘肃兰州人,结构工程师,研究方向为多高层结构设计工作.E-mail:alanajuliust@hotmail.com.

中图分类号:TU93

文献标志码:A

文章编号:1004-0366(2016)03-0093-04

引用格式:Hu Xiaoliang.Instance Analysis on Structure of Underground Garage[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(3):93-96.[胡晓亮.地下车库的结构平面实例分析[J].甘肃科学学报,2016,28(3):93-96.]