地下室结构限额设计及优化方法

赵军

摘要：本文通过分析影响地下室含钢量的因素，提出控制限额指标的具体优化方法；希望能给给同行以借鉴，共同交流。

关键词：限额设计；钢筋含量；影响因素；优化方法

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—182—03

前言

所谓限额设计，通常指按照批准的可行性研究报告的投资估算控制初步设计，按照初步设计的总概算造价限额进行施工图设计，保证各专业达到使用功能，符合设计质量要求。而设计优化又是限额设计的关键。通过优化设计和加强管理等各种有效措施，提高设计质量，降低工程造价，把技术与经济、质量与效益统一起来。

地下室结构的限额设计一般是指地下室结构含钢量及混凝土含量指标，二者之中以钢筋含量指标对成本影响最大。在保证结构安全的前提下，对结构进行限额设计，是目前建设单位对设计单位的要求。因而对设计提出了更高的标准。在限额设计的要求下，设计人员有两个趋向：一是设计尽量满足设计规范的下限，从而达到限额的目的；二是进行局部调整，试图达到限额设计的要求。本文从地下室含钢量指标限额、影响因素等方面寻求具体优化设计的方法来尽量满足限额设计的指标要求。

1地下室结构限额设计具体指标

由于钢筋及混凝土指标是相互关联的，因此将两个指标作为一个整体考虑，以下各项指标均以“建筑面积”为基数，即采用GB/T50353—2005《建筑工程建筑面积计算规范》计算的建筑面积。整体地下室指标：根据其特征，在指标下达时分为三项指标：扩大地下室、人防地下室及塔楼地下室，裙楼地下室可以参考扩大地下室，因为其上部建筑对其影响较小。

备注：

（1）地下部分限额的范围：

a.无地下室结构：桩基础以上，含基础连系梁等，混凝土不含基础垫层量。

b.地下室部分：桩基承台及以上，地下室天然基础或筏板.基础及以上，地下室顶板及以下。限额指标不含承台及地下室或筏板底板垫层混凝土、不含地下室内水池（现浇钢筋砼水池等）钢筋及混凝土。

（2）该限额指标制定前提为：基础类型为桩基础，地下室底板为基础承台、底梁及底板的结构形式，地下水位同埋深，顶板覆土以1.5米以内为宜。若确定为筏板基础或其他情形的，根据实际情况可在第二阶段成本目标下达限额指标时做适当调整。

（3）所有全地下室均按照覆土厚度为约1.2m考虑，当覆土厚度低（高）于此情况0.3m时，应酌情降低（增加）钢筋限额指标约8kg/平米。

（4）人防地下室按照6级人防标准考虑，若实际人防标准高于6级，可酌情考虑提高地下室人防范围的限额指标。

（5）消防车道区域的调整方法：按照地下室顶板上消防车道区域的面积，钢筋增加10kg/平米，砼增加0.1立方，平米。

（6）塔楼部分地下室，地上结构转换对其指标影响较大，不转换按照80米内、80米以上分类钢筋按130kg/平米和140kg/平米，全转换按照80米内、80米以上分类钢筋按160kg/平米和170kg/平米控制。

（7）对于地下室，本限额指标对应的基础类型为普通桩基础或其它非筏板基础，当采用整体筏板基础或整体桩筏基础时，应酌情考虑提高整体地下室钢筋限额指标约20-40 kg/m²，混凝土指标约0.20-0.40 m³/m²。

（8）当高层主楼的首层面积超过地下室单层面积的30%时，可酌情考虑提高地下室限额指标。

（9）当地下室的人防结构面积大于85%时，钢筋限额指标可提高10-20 kg/m²；当地下室的人防结构面积小于15%时，钢筋限额指标可降低10-20 kg/m²。

（10）人防地下室在塔楼投影下的，钢筋指标上限为180kg/平米。

2影响地下室结构含钢量的因素

2.1建筑平面的分布

（1）上部建筑占地下室的比例

（2）人防地下室占地下室的比例

（3）覆土的厚度

2.2结构方案

（1）上部结构高度及刚度

（2）上部结构是否设有转换，地下室的结构布置

（3）抗震等级

（4）场地土层的分布及物理性质

（5）地下水的分布情况

2.3地下室基础的形式

（1）天然地基

（2）桩基础

2.4地下室含钢量影响因素的影响程度

3满足限额指标所采取的优化方法

3.1严格控制地下室层高

高层建筑基坑一般情况下都是深基坑，它包括土方开挖，排水降水，工程检测等。随着地下室层高加高，这些费用都要相应增加，增加的幅度几十到几百元每平方，甚至更多。这要结合上述内容的具体形式，由造价部门专门分析。地下室也是建筑工程中最重要的部分；也是建筑工程中最耗资金的部分；也是设计院概念最模糊、设计最为保守的部分；也是施工队伍最混乱、最容易出工程质量管理事故的部分。

高层建筑地下室自身含钢量随着层高变化而影响较大的是地下室侧墙，底板也随着地下水的抗浮设计水位不同而变化不同。因此确定经济层高对满足限额指标最为重要。合理的地库层高，对降低其成本是很重要的。一般确定地库层高的原则主要有四个方面。第一，合理的选用地下室底板的构造做法，根据实际构造来计算层高；第二，在确定层高时，精确计算设备管线预留高度以及结构梁高；第三，当车库与变配电间或水池等设备用房同层设计时，应采取“设备用房局部降（升）板”，而车库层高按常规设计；第四，管线综合。其中，管线综合注意遵循的原则：（1）应尽量使“主风道”靠近车道外侧设置或走车位上空；（2）风道宽度尽量控制在1.2米以内，使风道下面不设置喷淋：（3）电桥架、设备管线尽量与风道平行设置、尽量不要设在风道下方；（4）各类管线交叉点不要设在主车道处。另外，采用宽扁梁也是在结构上降低层高的有效方法之一。一般地下车库计算层高的基本内容如下表：

其中管线常用的计算高度为喷淋≥200mm（喷淋需要高度为150mm，预留50mm安装高度），通风道300mm～500mm（含50mm的安装支架高度），电桥架一般150mm高。设备高度简介见下图：

3.2合理的地下室柱网及覆土厚度

（1）柱网布置

除了在停车方式上有经济性的讲究之外，在车库内的柱网布置也需要有其合理性。对于单建式地下停车库，停放小型车时不宜采用两柱间停一辆车的方式，以免柱过多；对于附建式，则有时因上部建筑柱网尺寸较小，而两柱间停一辆车可能是合理的。在选择停车间柱网时，除满足技术要求和使面积指标达到最优外，还必须考虑结构上是否经济合理，包括结构跨度尺寸不应过大、材料消耗量要小、结构构件尺寸合理、在平面和高度上不过多占用室内空间、柱距与一定的结构形式相适应，以及柱网单元种类不应过多等方面。经过分析与研究，对不同的停车方式对应的柱距经济性考虑如下图：

（2）覆土厚度

地下汽车库顶板的覆土厚度一般根据三点确定。首先，地下室顶板覆土厚度应结合景观方案精细化设计，不同种植区域覆土厚度应不同。也可采用树池或堆土来种植，目的是尽量减少覆土荷载优化成本。其次，如采用覆土种植，建议覆土厚度为：种植大树处覆土局部1200mm高，普通乔木处800mm，草坪一般300～400mm高。第三，方案阶段，给排水专业应给出排水方案，根据水管布置长度及上方有无行车情况确定所需覆土厚度，进行局部调整。

3.3地下室构件的设计优化

地下室成本的控制制约于各部位构件的设计，是综合体的体现，因此针对各构件必须全面考虑才可能达到经济、合理的目的。

现有地下室设计结构类型基本均为框架结构，外围为混凝土挡土墙.详细测算其中的两个地下室，其含钢量指标如下：

根据上表数据，通过比较发现，地下室顶板及井宇梁的用钢量最大，占到总用钢量的一半左右。所以，地下室顶板上作用的荷载对含钢量影响很大，减少作用在顶板上的荷载，可以减少钢筋用量从而达到节约钢筋的目的。若建筑布局合理，并能有效控制景观覆土厚度，消防车道布置合理，在结构有利部位的话，结构整体含钢量能有较大幅度的下降。

除了在结构的含钢量上可以减少车库的成本之外，在地库结构的构造上，也可以进行优化设计，以达到节约成本的目的。

（1）基础形式

不同的地区，地质构造也不尽相同，则对于地下汽车库的结构要求也有所不同。以某地区为例，其地下抗浮水位相对较低（约3.054米），如能充分利用地下水位高度，将对节约工程造价创造有利条件。通过对埋深、覆土和层高的综合设计，根据计算结果现有地下室均未设置抗拔桩，基础为筏板形式，水浮力靠结构自重平衡，因此，基础造价得以大幅下降。因为水浮力靠结构自重平衡，结构上需增加配重，通过比较发现，在基础底板上增加荷载是经济有效的方式（不增加顶板荷载）。

当然，确保结构自重与外部景观荷载，采取必要的降水措施对结构正常使用亦起到至关重要的作用，特别是在施工雨季期间，一定要做好降水和场地排水工作。

（2）伸缩缝或后浇带

设置伸缩缝势必会造成一部分建筑面积的浪费，因地下室温度应力不明显因此规则结构一般不设伸缩缝，只设置后浇带。只有当地下室结构平面严重不规则，才会在应力、变形集中的地方设置伸缩缝，当然分期建设也会设缝。后浇带间距一般控制在40～45米左右比较经济。

（3）底板

底板配筋主要控制指标是裂缝，而且底板承受较大水浮力作用，为保证其刚度，底板厚度不应设置过薄，在一定板厚情况下，底板配筋大部分区域为构造配筋。若底板为梁板式，底板可以薄一些，但底板上浮力均要传至基础梁上，基础梁配筋势必很大，无形中就会造成结构上的浪费。而且设置基础梁也会增加基础施工难度，鉴于此种考虑底板一般设置为无梁楼盖体系（独立基础+防水板体系），对减少地库的成本更合理。

（4）顶板

地下汽车库顶板的结构型式可以有多种选择：普通梁板式、普通无梁楼盖及新兴的现浇空心无梁楼盖。相对而言普通梁板式布置传力明确、受力简单因此使用广泛，但缺点在于影响建筑层高、含钢量也较高：普通无梁楼盖布置简单、节约层高，但属不利结构型式，对建筑平面布局、柱网要求较高且混凝土含量大；现浇空心无梁楼盖特性基本与无梁楼盖相同，但其含钢量最小，混凝土含量居中，是今后发展的重点方向。

下图为对三种结构形式，即梁板式、带柱帽无梁楼盖和空心无梁楼盖的结构对比：通个计算分析，得出下表：

（5）侧墙

地下室外墙的主要控制指标是裂缝，在适当调整外墙厚度（混凝土比钢筋便宜很多）的情况下，外墙钢筋含量会有较大幅度的改观。

若地下室层高较高，可在外墙上加设框架柱（扶壁柱）。在计算方法上外墙可当作双向板计算，因此水平钢筋可参与受力而不仅是控制裂缝的构造设置，此时钢筋含量也能得以调整。

4结束语

通过多项实际工程实例的验证，地下室结构采取上述优化方法，可有效控制结构含钢量指标；深受建设单位的好评，为公司业务开拓起了很好的保障作用。