谈地下车库楼盖结构的型式选用与设计

王 刚

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)



谈地下车库楼盖结构的型式选用与设计

王 刚

(山西省建筑设计研究院，山西 太原 030013)

以太原市某高层住宅的单层地下车库为例，介绍了大板无次梁、十字交叉梁、井字梁三种现浇梁板楼盖型式，并对比分析了各楼盖型式的优缺点，最终选出了较为经济合理的地下车库楼盖结构方案。

地下车库，楼盖，大板无次梁结构，成本

0 引言

随着社会经济的发展，人民生活质量的不断提高，对于住房的改善也成为一般百姓的普遍要求，因此国内新建高层住宅如雨后春笋越来越密集。为了满足车辆停放、人防、设备用房等建筑功能及结构基础埋深的需要，一般均设有地下室，多栋高层住宅小区常设计成大底盘连体地下车库。按照使用功能要求，地下车库柱网普遍较大，采用8 m～9 m，相应的结构常见的顶板型式为普通梁板结构和无梁楼盖，其中梁板式又分大板无次梁、十字梁、井字梁等。由于地下工程建设成本远高于地上部分，所以有效控制地下室的建造成本对于大面积地下室工程来说有着重要的经济意义，而楼盖结构型式的选择成为了地下室成本控制的关键因素。本文将结合工程实例，通过对各楼盖型式的优缺点比较，选出较为经济合理的地下车库楼盖结构方案。

1 地下车库楼盖结构选型

1.1 无梁楼盖

常用无梁楼盖型式有空心楼盖和预应力混凝土无梁楼盖。《高层建筑混凝土结构技术规程》上明确注明：作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构。无梁楼盖由于面外刚度较小，难以符合刚性假定的基本要求，故主楼相关范围内不应采用无梁楼盖体系，这就对无梁楼盖的使用范围作出了一定的限制要求。一般而言，采用无梁楼盖体系有如下优点：1)增大使用空间，降低地下室层高，继而减少基坑开挖和坑内降水；2)由于不设主次梁，仅有暗梁或肋梁板带，减少模板用量，简化支模工序，缩短工期；3)按照大柱网的尺寸取用消防车(及客车)活荷载，标注值可以取用20(2.5)kN/m2，减小了荷载取用标准，使计算配筋减少。当然，从实际设计及现场施工的反映来看也存在如下缺点：1)由于是专项施工，且有一定的技术要求，对施工队伍的水平有一定的限制；2)施工的专项费用较一般混凝土施工高，有时会超出预期；3)当为高层建筑设置的单层地下室时，减少层高的节约效应不明显；4)空心楼盖对后期装修要求比较高，且防水不利，渗水点不易找到，一旦渗水，很难弥补。综合上述优缺点，如果地下车库面积较小，则不宜采用无梁楼盖，若面积较大，须单独考虑施工专项费用、空心楼盖厂商的选用等因素。

1.2 现浇梁板式楼盖

常用现浇梁板楼盖型式有大板无次梁、十字梁、井字梁型式，下面引入工程计算实例，对这三种楼盖型式予以比较。

工程概况：本工程为太原市某高层住宅的单层地下车库，层高为3.3 m，长约128 m，宽约103 m，柱网8.1 m×8.1 m，建筑结构安全等级二级，抗震设防类别为丙类，基本风压：Wo=0.40 kN/m2，基本雪压：Wo=0.35 kN/m2，抗震设防烈度：8度，设计基本地震加速度值为0.2g，地震分组为第二组。地质条件良好，建筑场地类别为Ⅱ类，采用天然地基可满足设计要求，地下室顶板可满足上部结构嵌固要求，竖向构件混凝土均采用C40，梁、板混凝土均采用C30。覆土1 m(恒载采用18 kN/m2)，需考虑消防车荷载。因有防水要求，楼板厚不小于250 mm。

方案一：大板无次梁，柱跨8.1 m，板跨8.1 m，考虑覆土厚度对活荷载的折减系数为1，则板面活荷载为20 kN/m2，框架梁截面450×800，板厚300 mm(见图1)。

方案二：十字交叉梁，柱跨8.1 m，板跨4.05 m，考虑覆土厚度对活荷载的折减系数为0.93，则板面活荷载为0.93×30=27.9 kN/m2，框架梁截面450×950，次梁截面300×700，板厚250 mm(见图2)。

方案三：井字梁，柱跨8.1 m，板跨2.7 m，考虑覆土厚度对活荷载的折减系数为0.88，则板面活荷载为0.88×35=30.8 kN/m2，框架梁截面450×950，次梁截面250×650(见图3)。

2 各方案材料用量比较

采用盈建科结构计算软件(1.7.0.0版)建模计算，进行配筋分析，可以得出表1的计算统计结果。

表1 各方案材料用量比较表

通过上述比较可以看出，在相同覆土厚度和柱跨尺寸条件下，梁钢筋用量为井字梁型式(方案三)最多，楼板钢筋用量为大板无次梁型式(方案一)最多，梁板总钢筋用量为大板无次梁方案最少，混凝土用量三个方案差别不是很大，总体而言方案一即大板结构型式最为节省建筑材料。

对于施工作业而言，相对于其他方案，大板无次梁方案由于无次梁，板底平整，模板安装简便，钢筋制作和绑扎工序省工省料，可大大缩短工程施工周期，降低施工费用，对于大面积地库而言可以节省一大部分费用。

当进入到大板无次梁方案的具体设计阶段时，设计人员还可以采用加腋梁、加腋大板的方式，即在框架梁根部斜向加高(垂直加腋)、楼板在板边支座处一定宽度范围内加厚(带有斜腋)的构造型式，以此来进一步优化构件的内力设计，减少梁板的钢筋用量，节省成本。

3 原因分析

大板无次梁结构可以具有节省建材用量的优点，主要有以下两方面的原因：

1)荷载取值。按GB 50009—2012建筑结构荷载规范第5.1.1条，不论消防车还是普通客车，活荷载对于不同板跨尺寸而言取值是不同的，板跨尺寸大于6 m时，荷载取较小值。

2)内力计算。大板无次梁方案楼板传至主梁的荷载为比较均匀的线荷载，不存在次梁传导至主梁跨中引起的集中荷载，荷载无突变就降低了框架梁中的弯矩峰值，从而减少了以梁跨中弯矩峰值包络计算而得的配筋。

特别是对于大板无次梁设计如若采用了加腋梁、加腋板，因地下室楼盖的梁板多为连续梁、板，其支座负弯矩往往比跨中正弯矩大得多，采用加腋梁、加腋板型式可以有效增加支座处混凝土的有效截面面积，提高两端抗剪抗弯能力，显著减少梁板纵筋所需的面积，节约钢筋，同时也没有减少楼层净高，而加腋增加的自重十分有限，往往在跨中板厚还可以减薄，所以经济指标更优。

4 设计方法

既然我们能够确定地库在现浇梁板式楼盖中应首选大板无次梁型式，如何进一步计算设计，其实就计算而言采用普通的有限元方法就可以，相应的程序也很多，如ETABS，SAFE，STRAT等都很好，但国内目前使用最多的仍然是中国建筑科学研究院的PKPM系列结构软件。需要注意的是，普通大板计算可直接采用PKPM计算，但是加腋梁板就得增加几个步骤：加腋梁直接在PMCAD中进行定义并用 SATWE 进行计算；加腋板的计算需要在 PMCAD建模时用虚梁对板块进行人为分割，对加腋处楼板定义不同的楼板厚度，再采用 SLABCAD 程序进行分析计算。PMCAD没有输入变厚度楼板的功能选项，为避免板的厚度发生突变而影响计算结果的准确性，可将加腋部分板块用虚梁人为进行细分，用插值板厚渐进过渡，在板厚变化区间单元可以调整网格长度以适应加腋长度的计算划分要求。

当然在设计阶段，总会遇到各种问题，比如由于景观设计的要求而出现高低起伏的台地、个别板跨上的覆土中种植较大的树种，这会引起同一跨顶板或是主梁两侧相邻顶板荷载的巨大差异，导致板的配筋面积计算差别很大，从而引起梁的扭转，也会导致在后期绘图时配筋困难；又比如个别楼板因设备专业要求需要开洞设风井，小洞口可以采用设暗梁或加强筋的措施处理，但较大的洞口则会出现应力集中，加之覆土荷载较大，对安全不利等等。类似种种问题，都需要我们以安全和质量为根本，在具体设计的过程中仔细分析，优化方案，灵活应对，是对设计人员的经验和能力提出的要求与考验。

5 结语

综合上述经济性比较和计算分析，我们不难看出对于地下车库楼盖结构，优先采用大板无次梁结构型式无疑是经济性最优的，在没有其他特殊要求的情况下应优先采用。无梁楼盖作为高层结构嵌固端的地下室顶板应用受到限制，且自重较大，并受到施工技术水平和空心楼盖厂商的影响，须综合考虑其适用性。

合理的选型不但能够充分保证结构的安全合理性，还能节约材料，缩短工期，在降低造价的同时也降低了施工难度，保证了施工质量。

[1] 《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社， 2001.

[2] 龚思礼.建筑抗震设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2002.

Discussion on underground garage floor slab pattern selection and design

Wang Gang

(Shanxi Academy of Building Design, Taiyuan 030013, China)

Taking the single-layer underground garage of the high-rise residential building in Taiyuan city as an example, the paper introduces three kinds of cast-in-situ beam board floor slab forms including big board without secondary beam, orthogonal beam and grillage-shaped beam, comparatively analyzes their merits and defects, and finally selects more economic and rational underground garage floor slab structure scheme.

underground garage, floor slab, big board without secondary beam structure, cost

1009-6825(2016)30-0061-03

2016-08-17

王 刚(1983- )，男，工程师

TU318

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