大柱网地下车库顶板结构布置方案对比

潘 奇

（中国建筑设计研究院有限公司绿色建筑设计研究院，北京 100120）

0 引言

近年来，随着城市人口急剧增长，人们对生活需求品质的不断提高，以及对环境治理的高度重视，车库成为住宅、商业、办公等建筑的标准配置，而且随着车库数量的增加，建设方对车库的经济性及功能性要求越来越高。现阶段为满足建筑及设备的功能需求，以及业主对高品质的追求，工程设计中采用大柱网结构形式较普遍。为更好地对大柱网地下车库顶板及地上结构顶板进行功能合理性及造价经济性的控制，通过对几种大柱网楼盖形式的对比分析，并结合工程案例探讨各种方案的应用性，为大柱网地下车库顶板结构布置方案选择提供研究和设计依据。

1 工程概况

北京某项目地震设防烈度为8度（0.2g），第二组，Ⅱ类场地；地下车库抗震等级为三级；车库平面如图1所示，地下3层车库，覆土厚度2m，活荷载取10kN/m2，不考虑消防车活荷载。柱网分布较为均匀，为满足大空间功能的建筑需求，柱网间距多为10m×10mm，柱截面选取900mm×900mm，板、梁及柱材料均选用C30混凝土、HRB400钢筋。

图1 地下车库建筑平面

2 顶板结构布置方案比选

计算时选取标准跨的5种梁布置方案，分别为大板方案、单次梁方案、双次梁方案、十字梁方案、井字梁方案（见图2）。并通过截面、配筋率、钢筋量及混凝土量及经济性计算对比分析，以及5种梁布置方案的计算分析（见表1），探讨如何选择适合特定工程实际的梁布置方案。

表1 利用YJK计算软件进行对比分析及统计

图2 顶板结构布置方案

2.1 大板方案

大板布置方案中仅有4根10m跨主框架梁受力。通过YJK软件计算及结果数据统计分析可知：大板结构方案受力形式为双向板四边传力，4根主梁均匀分担楼板传来的覆土、人行、种植等荷载，故大板方案的梁截面相对较小即可满足受力要求；但由计算机统计数据分析可知，大板方案板厚、板的配筋率及钢筋用量特别大，而且板的钢筋量占总钢筋量的50%左右，板的混凝土用量也相对较大，占总混凝土用量的67%左右；由数据分析可知，板的造价占据总造价的55%左右，且大板方案造价总体较高。因此在工程设计选择楼盖方案时，仅考虑造价，大板方案不是最佳选择。但大板方案因其均匀的受力性能，使主梁截面较小，若为更好提高建筑净高，满足设备等管线综合，可优先选择大板方案。

2.2 单次梁方案

单次梁布置方案中沿纵向板跨中间布置1道次梁，将板块分为2个5m×10m的板块。通过YJK软件计算及结果数据统计分析可知：单次梁方案结构受力形式为非均匀受力，为长宽比为2的双向板传力，大部分力传到横向主梁上，横向主梁分担大部分楼板传来的覆土、人行、种植等荷载，故单次梁方案的横向梁截面相对较大方可满足受力要求，但纵向主梁因为大部分荷载被横向主梁分担，因此纵向主梁截面较小。由计算机统计数据分析可知，单次梁方案梁钢筋用量较大板方案增加很多，而且梁的钢筋用量占总钢筋量的64%左右，梁的混凝土用量也相对较大，占总混凝土用量的46%左右；由数据分析可知，板的造价占据总造价的60%左右。但单次梁方案的造价总体比大板方案总价约低55元/m2。因此在工程设计选择楼盖方案时，仅考虑造价，单次梁方案优于大板方案。但单次梁方案因其双向板受力，大部分荷载传到横向主梁，使横向主梁截面较大，若为更好提高建筑净高，满足设备等管线综合，则不能选择单次梁方案。

2.3 双次梁方案

单次梁布置方案将整个板块划分为纵向3块等分的单向板块，尺寸为3.33m×10.00m。通过YJK软件计算及结果数据统计分析可知：双次梁方案结构受力形式为非均匀受力，为长宽比大于3的单向板传力体系，大部分力传到横向主梁上，横向主梁分担大部分楼板传来的覆土、人行、种植等荷载，故双次梁方案的横向梁主截面相对较大才能满足受力要求，但纵向主梁因为大部分荷载被横向主梁分担，因此纵向主梁截面较小。相较单次梁布置方案，分割板块更细化，纵向次梁相对单次梁方案次梁截面更小，而且由于梁布置的细化，使整块板整体刚度得到大幅提升，变形得到很好的控制，故其纵向主梁及横向主梁截面均小于单次梁截面。由计算机统计数据分析可知，双次梁方案梁钢筋用量同样占较大比例，梁的钢筋用量占总钢筋量的77%左右，梁的混凝土用量也相对较大，占总混凝土用量的52%左右；由数据分析可知，梁的造价占据总造价的70%左右。但双次梁方案的造价总体相对大板方案总价低60元/m2，与单次梁比较稍微降低，但相差不大。但相对单次梁方案的优势在于，同样的造价，双次梁方案的梁截面高度更小。因此在工程设计选择楼盖方案时，仅综合考虑造价及建筑功能，双次梁方案优于大板方案及单次梁方案。双次梁方案能更好地提高建筑净空，满足设备等管线综合。

2.4 十字梁布置方案

十字梁布置方案将大板沿中间划分为4块等分的小板块。通过YJK软件计算及结果数据统计分析可知：十字梁方案结构受力形式为4块长宽比为1的双向板均匀向四边传力，类似于微小的大板，4根主梁均匀分担小块楼板传来的覆土、人行、种植等荷载，故十字梁方案的梁截面相对较小即可满足受力要求；相较双次梁方案，其优点在于受力的均匀传递，使整体梁高降低，整体提升建筑净空；相较大板结构能有效控制板厚，从而更好地控制造价，保证经济性。由计算机统计数据分析可知，十字梁方案梁钢筋用量特别大，而且梁的钢筋量占总钢筋量的72%左右，梁的混凝土用量也相对较大，占总混凝土用量的54%左右；由数据分析可知，板的造价占据总造价的67.3%左右。十字梁方案的总体造价高于双次梁方案但低于大板方案。因此在工程设计选择楼盖方案时，综合考虑造价及整体提升建筑净空可优先选择十字梁布置方案。

2.5 井字梁布置方案

井字梁布置方案将整个大板块均分为16个2.5m×2.5m的小板块。通过YJK软件计算及结果数据统计分析可知：井字梁方案结构受力形式为16块长宽比为1的双向板均匀向四边传力，类似于微小的十字梁板，4根主梁均匀分担每块小板传来的覆土、人行、种植等荷载，由于梁布置的密集，整体大幅提高板块刚度，故十字梁方案的梁截面相对很小，很容易满足受力要求；相较双次梁方案、十字梁方案，其优点在于受力均匀传递，使整体梁高大幅降低，更有效提升整体建筑净空；相较大板结构能有效控制板厚，由于梁布置密集，整体造价提高很大。由计算机统计数据分析可知，井字梁方案梁钢筋用量尤其大，而且梁的钢筋量占据总钢筋量的79%左右，梁的混凝土用量也相对较大，占总混凝土用量的64.2%左右；由数据分析可知，梁的造价占据总造价的75%左右。井字梁方案总体造价高于大板、双次梁、井字梁方案，但能有效提高楼盖整体刚度，降低整体梁截面，提高建筑有效净空。因此在工程设计选择楼盖方案时，综合考虑造价及整体提升建筑净空，该方案不如十字梁方案及大板方案。

3 结语

由上述YJK计算结果对比分析可知，从经济性上考虑，双次梁布置是优先选择的方案；由提升建筑净空幅度最大的方面考虑，大板方案是优先选择方案。由实际工程综合考虑，十字梁方案经济性上优于比大板方案，在提升建筑净空能力上优于双次梁方案，可考虑十字梁方案作为最优选择。但具体工程设计应根据实际客观需要，选择适合特定项目的楼盖布置形式，把握工程设计核心，不断探索和研究，以严谨求实的态度，实现建筑功能上的合理性、最优性，以及确保受力上的合理性、可靠性、最优性，最终实现建设方的投资收益及价值。