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轉載自中國建筑2013 年技術交流會論文集《地下車庫頂蓋多種結構形式的經(jīng)濟性比較》作者：周煒 摘要：目前，在住宅小區(qū)的配套建設中，地下車庫的建設是解決地面停車問題的有效且主要手段之一。地下車庫頂蓋在結構選型方面存在著多樣性，并且由于結構選型的差異性，往往又造成地下車庫在開發(fā)建設的過程中成本投入的差異。因此，在以滿足結構安全為前提，在相同的荷載工況作用下，本文著重針對目前常用的幾種地下車庫頂蓋的結構形式，做了詳盡的計算、施工圖的繪制及經(jīng)濟性的比較。其目的在于既要滿足地下車庫的使用功能，又要尋找到一種能使地下車庫在投資建設的過程中，體現(xiàn)成本效益最大化的地下車庫頂蓋的結構布置形式。 關鍵詞： 主次梁結構；板柱結構；加腋大板；等效荷載 0 引言 目前，為提升住宅小區(qū)的品質(zhì)，小區(qū)內(nèi)往往會營造大面積的園林景觀。園林景觀的大面積建設往往又導致地面車位少之又少，甚至于無法滿足業(yè)主的停車需要。因此在住宅小區(qū)的配套建設中，地下車庫的建設便成了解決地面車位不足的有效手段之一。就目前而言，地下車庫頂蓋的結構布置形式主要有“井字梁”、“十字梁”、“平行次梁”、“無梁樓蓋”及“加腋大板”等幾種（如圖1-1）。    本文采用橫縱均為 5 跨連續(xù)梁（板）的簡化計算模型，以并排停放2 輛或者3 輛車的實際情況為依據(jù)，柱網(wǎng)分別采用6.0mx6.0m 和8.1mx8.1m 兩種柱網(wǎng)形式，覆土分別取1.0m、1.2m、1.5m、1.8m、2.0m 及2.5m 等常見厚度，且均考慮消防車等效荷載，以此為前提進行經(jīng)濟性比較。 本文主要從車庫頂蓋的含鋼量、混凝土用量、相對土方量及模板費用等四個方面對其進行經(jīng)濟性比對。而車庫外墻、柱子及基礎等由于受層高、地下水位高低、持力層承載力及基礎選型等諸多不確定因素的影響，成本造價離散性很大，不具有可比性，因此這些結構構件不在本文的經(jīng)濟性分析比較范圍之內(nèi)。 1 計算工況1.1 計算基本信息 目前，從《我國主要城鎮(zhèn)抗震設防烈度、設計基本地震加速度和設計地震分組》中來看，我國大部分地區(qū)屬于7 度設防區(qū)，8 度及9 度設防區(qū)域范圍相對較小。因此，本文是按照通常情況下的 7 度（0.1g）的設防烈度，場地土為Ⅱ類場地土的常見抗震設防分類進行計算。由于地下車庫是全埋式，因此地下車庫在整體計算時是不考慮風荷載的作用。依據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）6.1.3.3 條，“……地下室中無上部結構的部分，抗震構造措施的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級”。本文是按照抗震等級和抗震構造措施的抗震等級均為三級的情況進行計算比較。 1.2 關于柱網(wǎng) 依據(jù)《汽車庫建筑設計規(guī)范》（JGJ100-98）第4 章節(jié)的技術要求，一般情況下，民用地下車庫，當柱網(wǎng)為6.0mx6.0m 時，可?？? 輛小型車輛；當柱網(wǎng)為8.1mx8.1m 時，可?？? 輛小型車輛。因此，本文是按照上述兩種柱網(wǎng)尺寸，按照5 跨x 5 跨的平面布局進行的整體計算及經(jīng)濟性的比較。 1.3 關于車庫頂板厚度 地下車庫頂板板厚在規(guī)范中沒有明確的要求。設計者往往依據(jù)當?shù)氐叵滤坏母叩?、施工質(zhì)量的差異性、頂板荷載的大小以及板塊跨度不同等諸多因素來確定頂板厚度，梁板結構的地下車庫頂板板厚一般情況下控制在180mm~250mm 之間。 1.4 消防車等效荷載 地下車庫頂板，往往依據(jù)消防的要求，需要考慮消防車荷載。依據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范（2006 年版）》GB 50009-2001（以下簡稱《荷載規(guī)范》）第4.1.1 條注3 要求“……消防車活荷載是適用于滿載總重為300kN 的大型車輛……”；《荷載規(guī)范》表4.1.1 中規(guī)定的消防車等效荷載是當且僅當消防車輪壓直接作用在結構板面上的一種單一工況下的荷載取值。而實際的地下車庫頂板，往往依據(jù)凍土深度、管線排布等因素，需要覆土1.0m~2.5m 左右。因此，在有覆土的情況下，消防車需考慮經(jīng)過覆土擴散后的等效荷載。 依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D60-2004 及《全國民用建筑工程設計技術措施》可知，300kN 的消防車軸距、軸重及單輪著地面積如圖1-2  依據(jù)《荷載規(guī)范》附錄B《樓面等效均布活荷載的確定方法》，按照公式  以8.1mx8.1m 柱網(wǎng)，1.5m 覆土為例，來計算消防車等效活荷載。消防車后輪著地面積為200mmx600mm，按照30°的擴散角進行擴散后，擴散面積為1932mmx2332mm，而消防車后軸軸距為1.4m，因此存在后軸單輪輪壓擴散后面積相重疊的情況，重疊后整個擴散面積為3332mmx4132mm，即擴散后附加在結構板面上的荷載為  經(jīng)過計算6.0mx6.0m 柱網(wǎng)和8.1mx8.1m 柱網(wǎng)，消防車荷載經(jīng)過1.0m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m 和2.5 m 覆土擴散后，消防車等效活荷載匯總如下表。依據(jù)《荷載規(guī)范》  2 計算結果2.1 材料及安全儲備 在相同的工況下，為了上述地下車庫頂蓋的各種結構選型具有可比性，因此混凝土強度等級均取C30；梁縱筋、板鋼筋均取HRB400 級鋼；梁箍筋均采用HPB300 級鋼計算，當實際箍筋計算值偏大時，按照HRB400 級鋼進行折算及施工圖繪制。梁的配筋率控制在1.0%-1.5%之間，下鐵留有15%的安全儲備，支座鋼筋不放大；板配筋率控制在0.3%-0.5%之間，計算配筋的板下鐵留有15%的安全儲備，構造配筋及板支座鋼筋均不放大；柱子對柱帽，柱帽對無梁板的沖切留有15%的沖切儲備；柱上板帶及跨中板帶計算配筋的下鐵留有15%的安全儲備。 2.2 無梁樓蓋計算方法的適用性探討 目前無梁樓蓋的計算方法主要有以下三種，1、經(jīng)驗系數(shù)法，2、有限元法，3、等待框 架法。 經(jīng)驗系數(shù)的適用條件：樓蓋的每個方向至少應有三個連續(xù)跨；任一區(qū)格內(nèi)的長邊與短邊之比不大于2；同一方向上的相鄰跨度不相同時，最大與最小跨度比不應大于1.2；活荷載與恒荷載之比不應大于3。而實際住宅小區(qū)的地下車庫往往與住宅主樓共用外墻，且車庫輪廓隨主樓輪廓不規(guī)則變化，常常出現(xiàn)在主樓兩個“鼻子戶型”或者相鄰兩個結構單元之間的車庫頂蓋少于3 跨的現(xiàn)象。因此經(jīng)驗系數(shù)法在實際地下車庫的計算中很難滿足上述條件，容易導致計算失真。 有限元法計算過程較為復雜。Pkpm 系列程序中的SLABCAD 模塊是用有限元法來實現(xiàn)對 無梁樓蓋的受力分析計算的。其基本原理是將樓蓋板劃分成若干板帶，并在板帶上設置若干 有限元網(wǎng)格，利用有限元積分分析計算，來求解網(wǎng)格內(nèi)的總內(nèi)力，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的規(guī)定進 行樓板正截面應力驗算和受剪、受沖切承載力的設計。但是這種算法往往又因為在有限元計 算網(wǎng)格劃分異常區(qū)域、異常節(jié)點等處存在計算嚴重失真，甚至有不符合實際受力的情況，需 要設計人員對其再進行分析、歸并。并且這種有限元的程序算法，缺乏適當?shù)耐该餍?，受?/p> 分析不直接，不容易查詢程序的實際計算過程，因此有其一定的弊端性在里面。 等代框架法理論計算、分析無梁樓蓋，這種計算方法的好處是：計算過程透明直接，計算過程、計算書清晰明了且便于設計人員分析判別；并且不存在有限元異常節(jié)點計算失真的現(xiàn)象，以及無需滿足“每個方向至少要保證三個連續(xù)跨”的計算限制條件。 2.3 等代框架法的計算原則 無梁樓蓋在豎向荷載作用下，當lx/ly≤2 時，無梁板的板有效寬度取全寬，即按如下方式進行劃分，詳見附圖2-1： bx=0.5(lx1+lx2) （2-1） by=0.5(ly1+ly2) （2-2）   2.5 經(jīng)濟性比較 以目前北京市場上建材的綜合單價作為成本統(tǒng)計口徑，鋼筋按照6.5 元/kg，C30 混凝土按照450 元/m3,，土方按照30 元/m3，模板按照45 元/m2 的單價進行統(tǒng)計。下表2-3、表2-4 中的“相對土方量”是僅指車庫頂蓋中，電氣設備管線無法穿行的結構構件的高度，如下圖2-4、圖2-5 所示。 備注：這篇論文時間跨度有些大，大家看內(nèi)容即可，不要糾結規(guī)范，分析比較透徹！ 注：轉載自中國建筑2013 年技術交流會論文集《地下車庫頂蓋多種結構形式的經(jīng)濟性比較》作者：周煒，本文僅用于分享學習，如涉及侵權，請聯(lián)系刪除！ |
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