地下车库柱网及结构选型综合经济技术分析

刘帅，牛家兴，曾丽雯，胡文鑫

（1.成都市建筑设计研究院，成都 610041；2.成都轨道城市发展集团有限公司，成都 610041）

1 引言

随着人们生活水平的不断提高，汽车保有量逐年增加，土地资源日渐稀缺，修建地下车库成为城市建设中的一种必然选择。地下车库的修建涉及土方开挖、基坑支护、地下室抗浮、顶板覆土绿化等工序，建设成本远高于地上结构，因此，建设单位对地下室设计的合理性及经济性尤为重视。从方案设计阶段对地下室建设成本进行概念管控，是一种有效的成本管控方式。合理的地下室方案设计是建设项目成本管控的主要组成部分，也是建设单位对车库方案定案的重要依据。

影响地下室土建成本的因素主要有人防、柱网、层高、结构形式顶板、覆土厚度、地下车库出入口设置等。由于项目所在地不同，工程前置条件也不尽相同。本文以成都地区自然条件为工程背景，结合当地的政策要求，并在其他相关专业给定合理参数的前提下，着重从建筑结构角度分析柱网、层高、结构形式、顶板覆土等几个对地下车库经济效益影响较大的因素，以期得到较好的经济指标，为类似的工程项目的设计和业主定案提供参考。

2 柱网及覆土厚度

2.1 地下车库柱网

依据JGJ 100—2015《车库建筑设计规范》[1]（以下简称《设计规范》）的要求，地下车库普通车位尺寸可按2.4 m×5.3 m，双向车道最小宽度按5.5 m，建筑者按照常用的车位排布给出了3 种不同的柱网，分别为大柱网（8.1 m×7.8 m），中柱网（5.0 m×7.8 m，车道位置6.2 m×7.8 m）和小柱网（5.0 m×5.4 m，车道位置6.2 m×5.4 m），标准布置方案如图1～图3 所示。以100 m×100 m矩形平面地下室进行车位布置，得出理想状况下3 种柱网尺寸的停车数量分别为456 个（大、中柱网）、444 个（小柱网），对应的停车效率分别为21.93 m2/ 个（大、中柱网）、22.52 m2/个（小柱网）。由此可见，大、中柱网的停车效率几乎完全相同，小柱网停车效率稍差，但差距仅2.7%，可认为3 种柱网尺寸下停车效率基本一致。

图1 大柱网（8.1 m×7.8 m）布置方式

图2 中柱网（5.0 m×7.8 m）布置方式

图3 小柱网（5.0 m×5.4 m）布置方式

2.2 顶板覆土厚度

地下室顶板覆土厚度需考虑管线敷设、景观设计以及当地政策文件等因素后确定。地下室顶板覆土厚度越大，越有利于绿化生长和管线敷设，可以形成良好的景观环境，但过大的覆土厚度余量，也会直接造成地下室土建成本的增加。因此，顶板覆土厚度的确定应权衡各种因素的利弊关系，在满足当地政策文件规定、管线敷设要求以及景观绿植生长要求的前提下尽量降低覆土厚度以取得较好的综合经济效益。以成都地区为例，经济性较好的顶板覆土厚度一般为1.2～1.5 m。

3 地下室层高

《设计规范》对地下车库的净高要求为车位处不小于2.0 m，车道处不小于2.2 m。对于大型地下室，建筑面层厚度一般可控制在0.15 m 以内，设备安装包括风管、喷淋管、电器桥架等，合理的管线综合设计可将安装高度控制在0.55 m 以内。地下室梁高或板厚的确定涉及顶板覆土、柱网、结构形式、梁板配筋率等多个因素，合理的地下室层高可用数学公式表达为：

式中，x 为覆土厚度，m；y 为地下室层高，m；z 为柱网形式；lp（x，z）为经济配筋率[2]下的梁高或板厚，影响因素为覆土厚度、柱网形式。

4 结构选型及综合经济性对比

4.1 结构选型及对比内容

地下室顶板常用的结构形式包括普通梁板形式（单向次梁、井字梁等）、框架梁+（加腋）大板、无梁楼盖等，设Qi为不同楼盖形式下的结果问题，特定覆土情况下，某种柱网下不同楼盖形式的最终结果可用如下函数表示：Qi=f[x，y(x，z)，z]，最优结果为min(Qi)。在此函数中，从土建角度是混凝土用量与钢筋用量的最优问题，若干个初级非线性问题的叠加，通过线性数据的比较可以得出特定条件下的最优解。

在常用的覆土厚度1.2 m 及1.5 m 2 种情况下，为求得最优Qi，过程中仍需对5 种结构形式、3 种柱网尺寸、2 种覆土厚度情况下的30 个模型进行对比分析，计算量过大且某些结果可直接判定为非最优解[2]。因此，为简化计算过程，直接排除非最优解，并固定在不同楼盖形式下的部分变量来求解结果：

1）对任意一种柱网形式下覆土分别为1.2 m 和1.5 m 的工况进行对比，设置合理层高，对同一结构形式2 个计算模型得出何种覆土最优，结果明显，覆土1.2 m 最优。

2）单向双次梁下覆土1.2 m，合理层高工况下，对3 种柱网进行综合对比。通过3 个计算模型结果得出何种柱网为最优。

3）覆土1.2 m 并采用最优柱网，合理层高，比较5 种顶板结构形式。通过5 个计算模型得出顶板结构形式优劣顺序。

本文重点分析对比以下6 个方面的用量及成本：（1）基础（含底板）；（2）锚杆；（3）主体混凝土；（4）主体用钢量；（5）挖方量；（6）填方量。

4.2 计算参数及材料强度

以成都地区自然条件为工程背景，采用盈建科计算分析软件，主要计算参数为：

抗震设防烈度：7 度（0.1g）；设计地震分组：第三组；特征周期：0.45 s；场地类别：Ⅱ类；抗浮设防水位：-1.0 m；恒载：覆土容重18 kN/m3；活载：绿化荷载5.0 kN/m2，消防车道，依据荷载规范[3]表5.1.1 取值并考虑相应折减系数；基础持力层：稍密卵石层，地基承载力特征值fak≥320 kPa。

材料强度：梁、板、墙、柱混凝土强度等级C35，基础混凝土强度C30；梁纵向受力钢筋HRB500（四级钢），其余钢筋均采用HRB400（三级钢）[3]。

4.3 同等设计条件下不同柱网经济性对比

覆土厚度1.2 m，单根锚杆按6.5 m 标准长度计算，顶板采用普通梁板体系，单向双次梁布置，在保证梁、板经济配筋率[3]的前提下，顶板厚度160 mm，底板厚度400 mm，大、中、小柱网对应的主梁高度分别为0.85 m、0.7 m、0.6 m，层高分别为3.75 m、3.6 m、3.5 m，基础高度分别为0.6 m、0.55 m、0.5 m。各种材料用量计算结果见表1。

表1 不同柱网综合计算对比

依据目前市场材料及施工成本，混凝土成本单价650 元/m3，钢筋5 500 元/t，锚杆270 元/m，挖方4 元/m3，回填12 元/m3，综合计算不同柱网尺寸下总费用分别为：大柱网1 057 万元，中柱网979 万元，小柱网893 万元。相对大柱网布置，中、小柱网土建成本分别可节约7.4%、15.5%。由此可见，同等设计条件下，柱网越小，土建成本越低。

4.4 同等设计条件下不同顶板结构形式经济性对比

采用中柱网尺寸5.0 m×7.8 m，覆土厚度1.2 m，单根锚杆按6.5 m 标准长度计算，顶板结构形式分别采用模型：①单向双次梁；②井字梁；③加腋大板；④普通大板；⑤无梁楼盖。在保证梁、板经济配筋率[3]的情况下，下顶板厚度：模型①和模型②为160 mm，模型③为200 mm，模型④和模型⑤为250 mm；主梁高除模型⑤外均为0.7 m；层高模型①～模型④为3.6 m，模型⑤为3.25 m；独基高度各模型均为0.55 m，底板厚度各模型均为400 mm。各种材料用量计算结果见表2。

表2 不同顶板形式综合计算对比

综合计算后不同结构形式下总费用分别为：①单向次梁979 万元；②井字梁1 019 万元；③加腋大板1 001 万元；④普通大板1 031 万元；⑤无梁楼盖982 万元。相对单向次梁布置，井字梁、加腋大板、普通大板、无梁楼盖土建成本分别增加4.1%、2.2%、5.3%、0.3%。由此可见，同等设计条件下，采用单向次梁与无梁楼盖成本几乎相同且相对其他结构形式成本最优，但整体相对差距并不大（最大差距约5%）。

5 结论及建议

通过对3 种柱网尺寸、2 种覆土工况及5 种常见顶板结构形式的综合对比分析，可以得到如下结论：

1）本文建议的3 种柱网在停车效率上接近，综合造价方面采用小柱网经济性最优，中柱网次之，大柱网最差。但小柱网柱间距较小，柱子数量较多，对楼盘品质会有一定影响。一般情况下，建议采用中柱网，既可满足品质要求，也可以取得较好的经济性。

2）从综合造价角度，地下室顶板结构形式优选无梁楼盖、框架梁+单向次梁及框架梁+加腋大板。但近年来，在建采用无梁楼盖的项目发生多起顶板坍塌事故，其原因涉及多方面因素。因此，考虑各种不确定因素，建议有覆土的顶板结构形式优选加腋大板或单向次梁，对使用及施工荷载较小的负2 层及以下的地下室楼层可优先选用无梁楼盖。

本文以成都地区自然条件为工程背景进行计算分析，可为该地区工程项目的设计和业主定案提供参考依据。全国其他地区或者实际工程情况发生变化时，也可参照本文分析思路进行对比论证，以取得良好的经济效益。