許愛國(guó)

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610041)

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地下車庫(kù)頂板在不同樓蓋結(jié)構(gòu)形式下的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

許愛國(guó)

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610041)

在實(shí)際工程中，相同柱網(wǎng)的地下室頂板可以采用不同的樓蓋結(jié)構(gòu)形式。為了滿足建筑平面功能布局、樓層凈高以及土建成本控制等各方面的需求，比較經(jīng)濟(jì)合理的樓蓋結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該通過計(jì)算和對(duì)比分析后確定。鑒于樓蓋結(jié)構(gòu)形式的多樣性，在具體工程中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，其中，經(jīng)濟(jì)性是需要重點(diǎn)考慮的因素之一。文章結(jié)合實(shí)際工程，借助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件與自編程序，選取目前常用的幾種樓蓋結(jié)構(gòu)形式在試設(shè)計(jì)后進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，選出一種既經(jīng)濟(jì)又合理的樓蓋結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)也可為其他類似工程的地下車庫(kù)頂板樓蓋結(jié)構(gòu)選型提供參考。

地下車庫(kù)； 樓蓋結(jié)構(gòu)； 經(jīng)濟(jì)性

隨著近幾十年國(guó)內(nèi)施工技術(shù)水平的不斷提高、新型材料的不斷應(yīng)用以及建筑功能的要求不斷提高，一些特殊的樓蓋結(jié)構(gòu)形式得到廣泛的推廣和應(yīng)用。根據(jù)受力和支承形式的不同，樓蓋可以分為有梁樓蓋(肋梁樓蓋)和無梁樓蓋。其中，有梁樓蓋根據(jù)次梁布置的方式又分為單向板肋梁樓蓋、雙向板肋梁樓蓋、井式梁樓蓋、大板(無次梁)樓蓋、雙向密肋梁樓蓋等。根據(jù)樓板施工工藝的不同，樓蓋又可以分為裝配式樓蓋、裝配整體式樓蓋和現(xiàn)澆樓蓋。其中，現(xiàn)澆樓蓋又可分為鋼筋混凝土實(shí)心樓蓋、鋼筋混凝土空心樓蓋和鋼—混凝土組合樓蓋等。樓蓋按是否施加預(yù)應(yīng)力又可分為普通鋼筋混凝土樓蓋和預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋[1]。

鑒于樓蓋形式的多樣性，在具體工程中如何確定其類型，需綜合考慮各方面的因素，其中，經(jīng)濟(jì)性是需要重點(diǎn)考慮的因素之一。本文結(jié)合實(shí)際工程，選取幾種常用樓蓋類型進(jìn)行計(jì)算分析，選出一種既經(jīng)濟(jì)又合理的樓蓋結(jié)構(gòu)形式，可為本工程地下車庫(kù)頂板樓蓋結(jié)構(gòu)選型定案提供參考。

1 研究對(duì)象

本工程項(xiàng)目位于西安市長(zhǎng)安區(qū)，項(xiàng)目地塊區(qū)位如圖1所示，項(xiàng)目包含了地上高層住宅、多層商業(yè)、幼兒園、配套服務(wù)用房以及大底盤地下車庫(kù)。其中，地塊一中的地下車庫(kù)面積為3.3×104m2，車位數(shù)1 968個(gè)；地塊二中的地下車庫(kù)面積為6.01×104m2，車位數(shù)2 825個(gè)。本工程中的地下車庫(kù)在各塔樓之外的范圍普遍存在規(guī)則、等距、連續(xù)多跨的柱網(wǎng)，且受到的外部荷載單一，此類樓蓋便于進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，計(jì)算模型可以選取5 m×5 m跨的柱網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算分析，柱網(wǎng)尺寸為8.4 m×6.6 m，并選取正中間一個(gè)柱網(wǎng)作為研究對(duì)象(圖2)。

圖1 項(xiàng)目地塊區(qū)位

圖2 地下車庫(kù)柱網(wǎng)平面布置

2 工程條件

根據(jù)文獻(xiàn)[2-3]容易得到本工程的抗震設(shè)防分類為丙類，基本抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，框架抗震等級(jí)為四級(jí)。對(duì)于地下車庫(kù)，計(jì)算模型中不考慮風(fēng)荷載。地下車庫(kù)采用機(jī)械式停車位，考慮設(shè)備管道高度在內(nèi)，建筑所需樓層凈高約為4 m，框架柱截面尺寸取500 mm×500 mm。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)資料，車庫(kù)頂板覆土厚度為1.5 m，覆土自重取為27 kN/m2，考慮消防車荷載，故活荷載根據(jù)不同的樓蓋形式按照文獻(xiàn)[4]表5.1.1進(jìn)行取值。地下車庫(kù)柱的混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C40，梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C30，梁、板、柱受力縱筋和箍筋采用HRB400級(jí)熱軋帶肋鋼筋[5]。

3 樓蓋選型

選取幾種常見的樓蓋形式進(jìn)行反復(fù)試算和試設(shè)計(jì)，所選取的幾種樓蓋形式對(duì)應(yīng)的各構(gòu)件截面尺寸如表1所示。各種樓蓋中的梁截面尺寸、板厚、柱帽尺寸等的確定是以滿足構(gòu)件承載力和正常使用要求以及滿足梁、板配筋率處于合理范圍之內(nèi)作為前提條件。為提高無梁樓蓋抗震性能，在框架柱之間增設(shè)暗梁，柱頂區(qū)域設(shè)置柱帽?？招臒o梁樓蓋中所指“空心”，其區(qū)域不包括柱帽和暗梁范圍，即位于跨中區(qū)域?yàn)榭招模吔菫閷?shí)心，這也與無梁樓蓋受力特性相匹配。另外，根據(jù)市場(chǎng)上空心板模具專業(yè)生產(chǎn)廠家提供的資料，空心板的常用厚度有210 mm、260 mm、300 mm、360 mm、420 mm、450 mm、500 mm、550 mm、600 mm和800 mm等幾種，因此在進(jìn)行空心板樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)，除了參考文獻(xiàn)[6]之外，板厚取值會(huì)考慮到這一因素，本文空心板厚度取為360 mm?？招陌宀贾们闆r及填充箱體形狀如圖3所示。

表 1 各種樓蓋對(duì)應(yīng)的各構(gòu)件截面尺寸 mm

(b)空心板填充箱體剖面圖3 空心板填充箱體示意(單位:mm)

4 計(jì)算分析

對(duì)本文表1所列的幾種樓蓋類型分別進(jìn)行建模計(jì)算和施工圖設(shè)計(jì)。其中，雙向密肋梁樓蓋、無梁樓蓋分別采用STRAT和YJK進(jìn)行計(jì)算分析，空心板樓蓋根據(jù)文獻(xiàn)[5]自編程序進(jìn)行計(jì)算分析，其余樓蓋采用PKPM進(jìn)行計(jì)算分析。

5 設(shè)計(jì)結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算分析和配筋設(shè)計(jì)，得到各種樓蓋對(duì)應(yīng)的梁板配筋。對(duì)于有梁樓蓋，既考慮滿足規(guī)范的相關(guān)要求，又兼顧盡可能降低含鋼量，梁頂部角筋采用通長(zhǎng)鋼筋考慮，其余多出的設(shè)置架立筋?？紤]到車庫(kù)頂板屬于超大超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，為減少樓板頂面產(chǎn)生裂縫，板頂設(shè)置了部分通長(zhǎng)鋼筋，對(duì)板支座處配筋不足區(qū)域再設(shè)置附加非貫通筋。

6 材料用量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)出了梁、板的鋼筋、混凝土和模板的單位面積用量(圖4～圖6)。

圖4 鋼筋用量

圖5 混凝土用量

圖6 模板用量

7 造價(jià)匯總

以上各種樓蓋對(duì)應(yīng)的工程量統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本符合實(shí)際工程情況。為了更具對(duì)比性，本文再結(jié)合實(shí)際工程情況，計(jì)算出各種樓蓋的單方造價(jià)，即單位面積土建造價(jià)[7](圖7)。

圖7 單方造價(jià)

計(jì)算中考慮到目前西安建筑市場(chǎng)實(shí)際情況，鋼筋市場(chǎng)價(jià)格并不十分穩(wěn)定，混凝土價(jià)格也與強(qiáng)度等級(jí)和是否添加外加劑有關(guān)，模板價(jià)格也跟模板的規(guī)格與質(zhì)量?jī)?yōu)劣有關(guān)。因此，本文中材料單價(jià)暫取一個(gè)平均水平的價(jià)格進(jìn)行考慮，其中，鋼筋為3 000 元/t，C30商品混凝土(含抗?jié)B劑)為340 元/m3，三六尺15 mm厚模板(不包含木枋)為43 元/m2，空心板填充箱體為80 元/m2。雙向密肋梁樓蓋用定型模板方案時(shí)，仍需要使用少量普通模板進(jìn)行配合施工，因此本文將定型模板劃歸填充箱體考慮，其價(jià)格也參考填充箱體價(jià)格進(jìn)行單方造價(jià)計(jì)算，以供參考。

8 對(duì)比分析

8.1 僅從結(jié)構(gòu)所需高度考慮

根據(jù)表1和圖8容易看出，單向板肋梁樓蓋(順短跨布置)方案所需要的結(jié)構(gòu)高度最大，達(dá)到1 100 mm。而所需要的最小結(jié)構(gòu)高度為雙向密肋梁樓蓋(柱帽上翻)方案，達(dá)到600 mm；當(dāng)不考慮柱帽高度對(duì)設(shè)備管道布置的影響時(shí)，所需要的最小結(jié)構(gòu)高度應(yīng)是無梁樓蓋方案，達(dá)到350 mm。

圖8 各種樓蓋所需結(jié)構(gòu)高度

8.2 僅從單方用量考慮

用鋼量最大的是空心無梁樓蓋方案，最小的是單向板肋梁樓蓋(順長(zhǎng)跨布置)方案；混凝土用量最大的是實(shí)心大板樓蓋(無次梁)方案，最小的是單向板肋梁樓蓋(順短跨布置)方案；模板用量最大的是井式梁樓蓋方案，最小的是無梁樓蓋方案。

8.3 僅從單方造價(jià)考慮

最經(jīng)濟(jì)的是單向板肋梁樓蓋(順長(zhǎng)跨布置)方案，單方造價(jià)為346.5元/m2；最不經(jīng)濟(jì)的是雙向密肋梁樓蓋方案，單方造價(jià)為401.5元/m2，比單向板肋梁樓蓋(順長(zhǎng)跨布置)方案多出了15.9 %。

8.4 小結(jié)

從經(jīng)濟(jì)和工程概預(yù)算角度考慮，因計(jì)價(jià)及管理需要，一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目可以向下逐級(jí)分解為各個(gè)單項(xiàng)工程、單位工程、分部工程和分項(xiàng)工程。而一個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目總投資費(fèi)用則包括固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資產(chǎn)投資兩項(xiàng)費(fèi)用，前者又分為建筑安裝工程費(fèi)用、設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)用、建設(shè)工程其它費(fèi)用、預(yù)備費(fèi)和建設(shè)期貸款利息等。

因此，本文所研究討論的工程造價(jià)僅指建設(shè)項(xiàng)目下某一分部分項(xiàng)工程中建筑安裝工程費(fèi)用所包含的直接材料費(fèi)和混凝土模板等措施費(fèi)，至于涉及到此項(xiàng)目中的其他費(fèi)用需要另行考慮，作為項(xiàng)目最終的一個(gè)經(jīng)濟(jì)性概預(yù)算造價(jià)還應(yīng)對(duì)項(xiàng)目中各項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行綜合考慮和對(duì)比分析。例如，僅從單方造價(jià)角度考慮，最不經(jīng)濟(jì)的是雙向密肋梁樓蓋方案，但僅從結(jié)構(gòu)所需高度角度考慮時(shí)，此樓蓋所需結(jié)構(gòu)高度最小，從而降低了地下室的層高，由此帶來了整個(gè)項(xiàng)目地下室土方開挖量的節(jié)省成本效益。同時(shí)，此樓蓋結(jié)構(gòu)的施工采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的定型肋模，可以有效加快施工進(jìn)度，節(jié)約工期，因此，此樓蓋方案帶來的綜合成本效益是比較可觀的。再如空心大板樓蓋，其所使用的輕質(zhì)填充體也可以由專業(yè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行批量化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，從而可以加快施工進(jìn)度，節(jié)約工期和混凝土用量，同時(shí)因結(jié)構(gòu)自重減輕所帶來的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成本降低也對(duì)整體經(jīng)濟(jì)效益的影響較大。其他樓蓋方案也各有自己的優(yōu)點(diǎn)，限于篇幅，此處不再一一贅述。

9 結(jié)束語

從以上分析可以看出，對(duì)最終單方造價(jià)影響較大的仍是含鋼量因素，以上結(jié)論僅從某一片面的角度進(jìn)行對(duì)比總結(jié)的，但對(duì)于一項(xiàng)實(shí)際建設(shè)工程項(xiàng)目的總費(fèi)用投資，以上得出的單方造價(jià)可以為項(xiàng)目在前期進(jìn)行概預(yù)算時(shí)提供參考。如前所述，即使局限于某一單項(xiàng)工程的建安造價(jià)而言，還需要綜合考慮到其他相關(guān)費(fèi)用，然后再進(jìn)行綜合比較，得出經(jīng)濟(jì)可行的最優(yōu)方案。

對(duì)于一項(xiàng)實(shí)際工程，其樓蓋類型的確定，除了需要考慮經(jīng)濟(jì)性這一最主要的因素之外，有時(shí)還需要結(jié)合各種樓蓋本身特點(diǎn)和實(shí)際工程情況的需要來確定。因此，結(jié)構(gòu)工程師若能對(duì)各種樓蓋結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性有一定認(rèn)識(shí)，并對(duì)各種樓蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)有所了解，這對(duì)項(xiàng)目前期階段較為準(zhǔn)確的確定樓蓋類型定會(huì)帶來事半功倍的效果。

[1] 沈蒲生.樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2] GB 50223-2008 建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[3] GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[4] GB 50009-2012 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[6] JGJ/T 268-2012 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

29項(xiàng)工程獲得第十四屆詹天佑獎(jiǎng)

2017年4月14日，第十四屆中國(guó)土木工程詹天佑獎(jiǎng)(以下簡(jiǎn)稱“詹天佑獎(jiǎng)”)頒獎(jiǎng)大會(huì)在北京舉行，共有29項(xiàng)科技創(chuàng)新工程榮獲詹天佑獎(jiǎng)。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部副部長(zhǎng)易軍出席并講話。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)郭允沖在大會(huì)上發(fā)言。中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、清華大學(xué)副校長(zhǎng)袁駟出席。

易軍在講話中指出，詹天佑獎(jiǎng)的評(píng)選突出技術(shù)創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)用，是當(dāng)前工程界貫徹自主創(chuàng)新戰(zhàn)略、以科技創(chuàng)新促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重大獎(jiǎng)項(xiàng)。獲得詹天佑獎(jiǎng)的工程不僅是獲獎(jiǎng)工程和獲獎(jiǎng)單位的榮譽(yù)，也成為充分體現(xiàn)我國(guó)建設(shè)工程技術(shù)水平與成就的重要標(biāo)志。

易軍強(qiáng)調(diào)，工程建設(shè)領(lǐng)域要以中央“五位一體”總體布局和“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局為引領(lǐng)，充分發(fā)揮科技的支撐和引領(lǐng)作用，促進(jìn)我國(guó)工程建設(shè)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。要全面推進(jìn)建筑業(yè)改革的發(fā)展，打造中國(guó)建造品牌；要以推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，提高創(chuàng)新能力；完善管理體制，大力促進(jìn)創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用；要強(qiáng)化管理，以工程科技創(chuàng)新促進(jìn)工程質(zhì)量安全水平的整體提升。

易軍強(qiáng)調(diào)，作為貫徹創(chuàng)新戰(zhàn)略、促進(jìn)工程建設(shè)領(lǐng)域科技創(chuàng)新的詹天佑獎(jiǎng)，要充分發(fā)揮示范帶動(dòng)作用，進(jìn)一步激發(fā)工程建設(shè)行業(yè)的創(chuàng)新熱情，促進(jìn)行業(yè)科技發(fā)展水平不斷進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)由工程建設(shè)大國(guó)向工程建設(shè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。

摘自《中國(guó)建設(shè)報(bào)》

許愛國(guó)(1986～)，男，碩士，結(jié)構(gòu)工程師。

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[定稿日期]2017-02-25