地下室人防区域底板配筋率及负一层楼盖体系选择分析

王焕林

（广州市建设投资发展有限公司，广东 广州 510000）

0 前言

随着城市建设的迅速发展，各类新建小区相配套人防工程的建设量也逐年增大，地下室人防建设应当充分提高社会效益和经济效益,提升城市的总体防护水平。目前，在经济下行的趋势下，房地产迎来巨大的调整，由于利润率下降，因此建设方需要严控成本，进行精细化管理。如何安全、合理、经济地进行计算分析，对优化设计方案，降低结构成本具有重要的意义。

该文通过对东莞某住宅小区项目的地下室进行分析，对地下室底板采用不同的配筋率进行对比、对负一层人防楼盖采用不同的结构布置体系进行对比，从而得到的不同综合造价数据并得出科学可靠的结论，对今后的工程设计和建设方判断方案的经济合理性具有参考价值。

1 工程实例概况

该工程位于广东东莞大朗镇。地上为33 层住宅塔楼，地下室层数为2 层，人防设置在负二层地下室区域，地下室负二层的平面布置图如图1 所示。地下室柱网采用“大小柱网”的形式，柱网跨度为5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m），负二层底板面相对标高为-8.71m，抗浮水位相对标高-1.9m，地下室标准跨的基础形式为两桩承台，地下室底板厚度350mm，人防等级为核6 级。

图1 底板不同配筋率方案综合造价比较一

2 底板配筋率综合造价分析

地下室人防区域底板的最小配筋率采用0.25%还是采用0.15%进行设计更经济更合理，许多设计者都按照经验方法，有的认为按照规范条文表格中的规定为0.25%，有的认为可根据规范条文的附注说明。规范对此并无明确规定，而人防区域底板最小配筋率会导致底板配筋经济不确定性的原因如下：1）底板的荷载工况存在平时设计荷载工况和人防荷载工况。底板的跨中弯矩以及支座弯矩，存在平时设计荷载工况和人防荷载工况分别起控制作用的情况。2）《人民防空地下室设计规范》对平时设计荷载工况和人防荷载工况下的最小配筋率存在着不同的规定。

因此，有必要对人防区域底板做精细化的处理，根据平时设计荷载工况和人防荷载工况的控制作用情况，在满足规范的前提下，分析采用不同的底板配筋率时的经济效益。所以基于工程实例条件，根据《人民防空地下室设计规范》条文的计算规定，对底板采用不同配筋率配筋的情况，做综合造价分析。

2.1 规范说明

底板荷载组合：根据《人民防空地下室设计规范》4.9.4条文的规定:底板荷载考虑永久荷载、等效静荷载以及水压力的组合。

弯矩折减：根据《人民防空地下室设计规范》4.10.4 条文的规定，底板跨中截面的计算弯矩值乘以折减系数0.9。

最小配筋率控制：根据《人民防空地下室设计规范》4.11.7 条第5 点,板中受拉钢筋最小配筋率最小可取为0.15%。

根据《人民防空地下室设计规范》条文说明4.11.7的规定，底板的顶面钢筋和底面钢筋应该等量配置。

配筋方式：根据《人民防空地下室设计规范》条文说明D.3.2 的第2 点的规定，底层以及顶层钢筋采用全部拉通钢筋的方式。

2.2 推导分析

根据上述规范条文，确定底板配筋方案比选设计条件如下：1）底板跨中弯矩可以折减0.9，截面配筋由平时荷载工况控制；支座弯矩无折减，截面配筋由人防荷载工况控制。2）底板配筋采用双层双向钢筋网+局部附加方式。通常钢筋配筋率不应小于0.15%，支座截面处配筋率不应小于0.25%。3）当跨中板底通长筋配筋率小于0.25%时，跨中截面板面和板底应采用对称配筋方式。4）当跨中板底通长筋配筋率不小于0.25%时，跨中截面板面配筋量可以大于板底配筋量。

在荷载、柱网、板厚等条件确定的情况下，通过调整桩承台的尺寸，使得跨中板面计算配筋面积贴合设定配筋率的构造配筋面筋。分别取0.15%，0.20%，0.25%，0.30%四个配筋率方案进行软件试算，得到不同的桩承台尺寸，对应的底板综合造价见表1。通过对比可以看出，当控制底板配筋率为0.25%时，底板的综合造价最低，经济性最优。

2.3 经济性比对

从表1 可以看出，人防区域底板采用0.25%配筋率配筋的方式，经济性最优。

表1 人防区底板配筋率综合造价比较

从图2 可以看出，人防区域底板通长筋采用0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比较综合造价时，采用0.15%配筋率情况下的综合造价最高，且相对于其余3 种配筋率，其综合造价多了接近一倍，处于极不经济的状态。0.20%、0.25%、0.30%的配筋率的综合造价均在450 元/m上下浮动，其中0.25%配筋率的综合造价最低。其经济性最优。经试算，承台尺寸的变化对板面附加钢筋配筋的影响较小。在钢筋配置量已定且满足冲切局压的前提下，可对承台的尺寸进行调整。经试算，在承台尺寸调至2.8m×1.3m×0.8m时，按平时荷载组合工况下，冲切系数为1.2；按人防荷载组合工况下，考虑混凝土的提高系数后，冲切系数为1.18；均满足规范的要求。经济指标对比见表2。

表2 人防区底板0.25%配筋率综合造价比较

由表2 可知，假定承台高度为800mm，且底板通长配筋率为0.25%情况下，可对原有承台尺寸进行优化，满足承台冲切、剪切等承载力计算要求下，承台尺寸可由原来的3.3m×1.5m×0.8m 减少至2.8m×1.3m×0.8m，混凝土用量降低5.9%，综合造价降低2.7%。

由图2 可知，人防区域底板通长筋采用0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比较综合造价时，按照设定的经济限额标准为448 元/m的情况，采用0.20%配筋率的综合造价在450元/m～460 元/m，采用0.25%配筋率的综合造价在430～440 元/m，采用0.30%配筋率的综合造价在460 元/m～470 元/m。0.30%配筋率的综合造价最高，0.25%配筋率的综合造价最低，其经济性最优。

图2 底板不同配筋率方案综合造价比较二

综上所述，对于目前常用的“大小柱网”的形式，柱网跨度范围接近为5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m）的人防区域底板配筋，可建议采用0.25%配筋率双层双向拉通的方式，在不够的地方附加钢筋。

3 地下室负一层人防楼盖比选分析

人防楼盖的常用结构布置形式可分为梁板式楼盖和无梁楼盖形式2 种。梁板式楼盖的工艺比较成熟，板梁柱的结构传力体系明确，结构整体性比较良好，不足之处在于因为梁的存在，层高需要比较高，而且模板制作会加长工期。无梁楼盖的结构形式相对来说，层高较低，而且支模简单，施工方便可以节省工期，不足之处在于受力复杂，施工质量不稳定。

地下室负一层人防楼盖的荷载有楼面恒载，楼面活载以及人防荷载。人防荷载只与静荷载同时组合，不与活载组合。且常规武器爆炸动荷载和核武器爆炸动荷载均按一次作用考虑。进行人防顶板计算时，板的允许延性比按3.0 考虑。计算条件：柱网跨度为7.8m×（4.7m+6.7m+4.7m），层高为3.9 m，抗震设防烈度为7 度，场地类别为Ⅰ类，框架抗震等级为三级，混凝土等级为C30，钢筋为HRB400，人防荷载按6 级，人防顶板最小厚度要求200 mm，人防荷载作用下材料综合调整系数，钢筋为1.35，混凝土为1.5。选取以下几种楼盖形式用盈建科软件进行计算分析比较，得到各楼盖体系经济技术指标，各楼盖梁板等计算参数见表3。

表3 人防地下室各楼盖梁板计算参数

3.1 大板方案（梁按常规算法，板按塑性算法）

大板方案中，梁按常规算法，楼板按塑性算法进行计算，板厚采用200mm，板底配筋采用D10@130（钢筋面积604mm）双向拉通；板面配筋采用D8@100（钢筋面积503mm）双向拉通，板面支座处不够的配筋另加附加钢筋。

3.2 大板方案（按弹性板6算法）

大板方案中，梁按常规算法，楼板按弹性板6 算法进行计算，7.8m×6.7m 板跨的板厚采用250mm，其余板跨的板厚为200mm。7.8m×6.7m 板跨的短跨板底配筋采用D14@130（钢筋面积1184mm）拉通，长跨板底配筋采用D14@150（钢筋面积1026mm）拉通；其余板跨的板底配筋采用D12@170（钢筋面积665mm）双向拉通；板面配筋采用D8@100（钢筋面积503mm）双向拉通，板面支座处不够的配筋另加附加钢筋。

3.3 柱帽+有梁体系

柱帽+有梁体系采用框架柱位置加下柱帽以及拉设框架梁的楼盖体系，板厚统一采用220mm，7.8m×6.7m 板跨的4 个柱帽尺寸为3000mm×3000mm，其余4 个柱帽尺寸为2500mm×2500mm，柱帽的厚度为500mm。板底及板面配筋均采用D12@110（钢筋面积1028mm），板面支座处不够的配筋另加附加钢筋。

3.4 单次梁体系

单次梁体系采用框架梁及次梁的楼盖体系，板厚统一采用200mm。D8@120（钢筋面积419mm）双向拉通，板面支座处不够的配筋另加附加钢筋。

3.5 经济性比选

地下室负一层人防楼盖（核六人防）采用大板方案（梁按常规算法，板按塑性算法）、大板方案（弹性板6 算法）、柱帽+有梁体系、单次梁方案4 种结构形式，其经济性比选见表4。

通过对比分析，由表4 可知：1)混凝土用量最少的楼盖形式是大板方案（梁常规算法板塑性算法），混凝土用量最多的楼盖形式是单次梁方案。由于规范中对人防区域的最小板厚规定为200mm，因此在最接近最小板厚的条件下，梁数量或者截面越小，总混凝土用量越小。因此在该情况下，通常情况下单次梁方案可以降低板厚的优势反而成为一种劣势，所以单次梁方案的混凝土用量最多；将大板方案（梁常规算法板塑性算法）、大板方案（弹性板6 算法）、柱帽+有梁体系3 种楼盖体系进行比较，其板厚分别为200mm、200/250mm 以及220mm，可以看出，在框架梁混凝土用量接近的情况下，采用大板方案（梁常规算法板塑性算法）的板厚是最小的，因此其总混凝土用量最少。2)从楼盖钢筋用量来看，大板方案（弹性板6 算法）的钢筋用量是最少的，其次为大板方案（梁常规算法板塑性算法），单次梁方案，钢筋用量最多的楼盖形式是柱帽+有梁体系。由于柱帽+有梁体系中的配筋，不仅是梁配筋、楼板配筋，还有柱帽配筋，且板厚220mm 并不小，因此整体钢筋用量较大。在大板方案中（梁常规算法板塑性算法），由于楼板采用了塑性算法，因此板厚相对较薄一些，节省了混凝土，由此也可以看出，与大板方案（弹性板6 算法）的楼板相比，采用弹性板6 的模拟假定算法，大大地增加了钢筋用量。3)如表4 所示，地下室负一层人防楼盖（核六人防）采用大板方案（梁按常规算法，板按塑性算法）、大板方案（弹性板6 算法）方案较为经济，从经济性考虑，地下室负一层人防楼盖可以采用大板方案的楼盖形式。

表4 负一层人防楼盖（核六人防）造价预估

4 结语

通过对人防区域底板配筋率的选择分析以及负一层楼盖体系的选择分析，可以看出，在人防结构设计中，笔者要从规范的基本规定入手，重点关注计算过程中不同工况下的不同荷载组合及相关构造规定，在选择楼盖体系时，应结合规范的构造规定，充分发挥钢筋及混凝土的材料性能，选择合理的结构布置体系，严格地掌握设计中遵循的每一项原则，科学地选用合理参数及尺寸，使设计符合最佳的效果。只有这样才可以保障建筑人防结构的经济安全，合理降低工程成本。