不同荷载作用下地库结构选型的比较研究

吴坤

摘    要：随着近些年我国汽车数量不断增加、地下人防工程受重视程度不断提升，房地产项目开发对地库结构选型的要求也越来越严格，为了同时满足地库使用标准、降低成本、提高安全的要求，做好地库结构选型工作尤为重要，其中荷载作用是地库结构选型中需重点考虑的因素。因此，本文重点探究不同荷载作用下五种地库结构选型的对比分析。

关键词：不同荷载;地库;结构选型;比较

1   引言

地库结构设计当中，在确保结构安全的基础上，如何降低建设成本、保障工程整体效益是需要重点考虑的问题。国内外很多建筑学者对不同荷载、不同跨度的地库结构进行了对比分析，得出的结论通常是跨度小时选择无梁楼盖经济效益最高、单向肋楼盖造价较低。当然，在地库结构选型中还要考虑其他综合性因素，包括建筑空间使用要求、排布设备管线、荷载大小、柱网尺寸等等。在荷载方面，除了地库顶板的自身重力外，还要承受车辆停车位活荷载、室外地面荷载、人防荷载、覆土荷载等，在不同荷载条件下要选择相应的楼盖体系，从而提升地库结构整体设计效益。

2  荷载取值

2.1  恒荷载、活荷载标准值

本文所对比的地库为地下二层及以下各层情况，也就是地库地面处楼盖。恒荷载对比中，主要是考虑楼盖自身重量、50mm建筑面层、设备管线吊挂三方面的荷载作用，根据计算数值，建筑面层、吊挂荷载分别取1.5kN/m2 ，结合《建筑结构荷载规范》，楼盖活荷载取值为2.5kN/m2 或4.0kN/m2 。

2.2  等效静荷载取值

由于地库的空间较大，在地库工程建设中其抗力级别通常设为6级，在不考虑上层建筑的影响情况下，6级顶板等效静荷载值为60kN/m2 。

2.3  荷载组合

结合《建筑结构荷载规范》，在荷载组合计算中，取最不利（最大）的恒荷载与等效静荷载组合的荷载工况。

（1）柱网选择。地下车库停车方式可以分为两种，一是垂直式停车;二是双排背对背停车。考虑近些年私家车辆体积越来越大，为了腾出更多的停车空间，本次设计中单车位规模为5.5[×]2.5m，框架柱截面尺寸为800[×]800mm，根据该标准进行计算，则停放三辆汽车最小轴宽度为2.5[×]3+0.4+0.4=8.3m。根据模数，本文地库设计规格为高度3.6m，轴网尺寸8.4[×]8.4m。

（）2楼盖建模。楼盖建模采用的计算机软件为PKPM，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度0.10g，地下车库抗震设计等级为三级。为了让不同荷载作用下结构选型的对比结果更加明显，本次一共建立了5个柱距的轴网。地下车库楼盖模型规模为42[×]42m。设计模型分别为主梁大板楼盖、十字梁楼盖、单向双道次梁楼盖、井字梁楼盖、无梁楼盖，其中无梁楼盖上采用了带柱帽形式，根据《建筑抗震设计规范》要求，无梁楼盖的楼板最小厚度不低于200mm。

3  工程量对比

根据所设计的五个地库模型，对各个楼盖模型的钢筋、混凝土、模板材料用量分别进行统计分析，在PKPM软件中增设“结构工程量统计”模块。

3.1  钢筋用量

通过对地库钢筋用量进行对比分析发现，无梁楼盖由于自身的特殊性，所以钢筋用量最小，其次是单向双道次梁。在荷载较大的条件下井字梁楼盖钢筋用量低于十字梁楼盖钢筋用量。而在荷载较小的情况下，井字梁楼盖钢筋用量与十字梁楼盖钢筋用量相差不多。无论是在荷载较大还是荷载较小的情况下，主梁大板楼盖的钢筋用量都要小于井字梁楼盖和十字梁楼盖。综合以上不同荷载情况下受力分析，无梁楼盖由于自身空间受力特性，使得其具有受力均匀、传力路径短、增设柱帽后板的计算跨度减小、钢筋用量少等优势，但《建筑抗震设计规范》的条文对无梁楼盖有很高的要求，对板内纵筋最小配筋率、纵向受力钢筋布置等都有严格的规定，而且施工难度较大，因此在施工技术过硬的情况可以选择无梁楼盖结构。

通过对有梁楼盖体系的梁板钢筋用量分析，十字梁楼盖总配筋量、梁板配筋量均要高于单向双道次梁楼盖。在板配筋建模设计中，考虑到双道次梁楼盖是把一个柱距中楼板分为三个板格，每个板格计算跨度等于支座的净间距，也就是2.4m减去梁宽度。十字梁楼盖建模设计中是把一个柱距中楼板分为四个板格，每个板格计算跨度为4.2m减去梁宽。在楼板分离式配筋当中，两个方向板顶钢筋自梁边延伸到板内长度不得低于跨度的1/4，单向双道次梁楼盖板顶钢筋配筋长度低于十字梁楼盖板顶钢筋的配筋长度。

井字梁楼盖相比其他楼盖结构，所设置的次梁数量最多，所划分的楼板板格也更小，考虑到规范中要求楼板厚度不低于200mm，所以在荷载较小的情况下，楼板通常为按照最小配筋率配筋，存在一定的钢筋浪费情况。在荷载较大的情况下，板格要按照设计标准计算配筋，因此综合效益更高一些。主梁大板楼盖板格跨度大、应力大，这就在一定程度上增加了钢筋用量，并且在荷载较大的情况下钢筋用量会进一步增加。

3.2  混凝土用量

对比不同荷载作用下的混凝土用量，其中混凝土用量最小的是主梁大板楼盖，其次分别是井字梁楼盖、十字梁楼盖、单向双道次梁楼盖结构，混凝土用量最大的是无梁楼盖。在有梁楼盖体系中，由于增加了次梁，楼板板格数量会相应增加，从而使得混凝土用量相应减少。从另一个方面考虑，划分小板格的同时还要控制楼板的最小厚度，所以板的混凝土用量可以适当减少。所以有梁楼盖总体混凝土用量最小，不同类型楼盖的混凝土用量更多是取决于次梁的设置数量。

3.3  模板用量

模板用量差异的主要因素是侧面模板设置数量，也就是梁的数量越多，其模板使用量也就越大。因此无梁楼盖结构的模板使用量最少，其次是主梁大板楼盖结构。井字梁楼盖结构的模板使用量最大，十字梁樓盖、单向双道次梁楼盖结构次之。

4  经济性对比

通过以上对比不同地库结构采用的钢筋、混凝土、模板材料用量的结论，即可分析不同楼盖的造价情况。本文建筑材料价格参考当地的《建设工程造价信息》在2019年的市场信息价格，混凝土C35价格为480元/m?、钢筋价格为4530元/t、模板价格为65元/m2 。在不同荷载情况下，无梁楼盖结构造价均为最低，其次是双道次梁楼盖结构。剩余的三种楼盖结构，在荷载较大的条件下井字梁楼盖结构的造价相对较低，在荷载较小的情况下，主梁大板楼盖结构的造价相对较低。

无梁楼盖结构在钢筋、模板用量上均比较小，混凝土用量最多。但混凝土价格较低，钢筋价格较高，通过增加混凝土使用量和减少钢筋使用量的方法，可以有效减少结构的造价。再者，无梁楼盖结构可以节省模板使用量，所以会进一步降低造价。通过造价对比分析，本文认为无梁楼板由于造价的优势，因此可优先考虑。

结合《建筑抗震设计规范》，将地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地上结构顶板要采用现浇梁板结构。因此在有梁楼盖设计中，荷载较大的情况下建议选择单向双道次梁楼盖结构和井字梁楼盖结构，在荷载较小的情况下，建议选择单向双道次梁楼盖结构和主梁大板楼盖结构。

5  结束语

综上所述，结合材料用量考虑，由于无梁楼盖结构在钢筋、模板用量上较小，有效弥补了混凝土用量多的劣势，所以在经济层面上考虑无梁楼盖结构造价更具优势。而对于作为上部结构嵌固端的地下室顶板，在荷载较大时单向双道次梁楼盖结构和井字梁楼盖结构造价相对较低，而在荷载较小时，单向双道次梁楼盖结构与主梁大板楼盖结构造价更具优势。

参考文献：

[1] 刘燕茹.不同荷载作用下地库结构选型的对比分析[J].低温建筑技术，2019（12）：69～71.

[2] 夏天，黄爱萍，韩壮.人防荷载作用下地下车库楼盖结构选型[J].工程建设，2018（9）：3～42.