【摘要】隨著人民生活水平的提高，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量不斷攀升，對(duì)新建項(xiàng)目的停車(chē)配備要求也不斷提升，地下室停車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)越來(lái)越重要，而相對(duì)于上部結(jié)構(gòu)，地下室建設(shè)工程量及難度往往更大，一般單位面積工程造價(jià)往往高出地上結(jié)構(gòu)較多，但使用價(jià)值或商業(yè)價(jià)值一般較低，如何合理設(shè)計(jì)地下室、控制地下室成本成為建筑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。本文結(jié)合實(shí)際工程案例，就地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中各部分的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析總結(jié)，得出不同情況下最合理經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，為今后地下室停車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的借鑒和參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】地下室;經(jīng)濟(jì);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

【abstract】With the improvement of people's living standards， the number of motor vehicles in the country is rising， and the requirements for parking equipment of new projects are also rising. The design of basement parking garage is becoming more and more important. Compared with the superstructure， the quantity and difficulty of basement construction are often greater， and the project cost per unit area is often higher than that of aboveground structure， However， the use value or commercial value is generally low. How to reasonably design the basement and control the basement cost has become the key part of architectural design. Combined with practical engineering cases， this paper analyzes and summarizes the design methods of various parts in the basement structural design， and obtains the most reasonable and economic structural design scheme under different conditions， which provides a certain reference and reference value for the structural design of basement parking garage in the future.

【Key words】basement economic structure design scheme

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.01.039

引言：

近年來(lái)，隨著人民生活水平的逐步提高，城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市人口密度不斷增加，城市汽車(chē)保有量快速攀升，對(duì)地下室停車(chē)庫(kù)的需求也在不斷增加。而另一方面，地下室建設(shè)過(guò)程中，較地上建筑，多出土方開(kāi)挖工程、基坑支護(hù)工程，且防水工程巨大等，造成地下室建設(shè)成本遠(yuǎn)高于地上建筑建設(shè)成本，而對(duì)于欠發(fā)達(dá)城市，地下室的價(jià)值一般較低且銷(xiāo)售難度相對(duì)較大，一般盈利水平較低，所以，地下室成本的控制，很大程度上影響建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。而地下室成本的控制，很大程度上取決于結(jié)構(gòu)成本的控制，而結(jié)構(gòu)成本的控制，一般主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)方案對(duì)地下室利用率的影響、地下室柱網(wǎng)的選擇、地下室樓蓋體系的選擇、地下室層高的選擇、抗浮方案、基礎(chǔ)方案的選擇等幾方面。本文就圍繞上述幾方面，以實(shí)際工程為案例，分析和總結(jié)如何在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，各結(jié)構(gòu)方案和處理措施的選擇。

1、工程概況

某高層住宅小區(qū)地下室為一層，建筑面積約32000m，建筑功能為地下車(chē)庫(kù)及少量設(shè)備用房，頂板覆土1.5米，抗浮水位為地下室頂板標(biāo)高+0.45米，抗震設(shè)防烈度為7度，地質(zhì)情況良好，采用天然獨(dú)立基礎(chǔ)。

2、柱網(wǎng)選擇對(duì)地下室利用率的影響

地下室設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的合理性直接影響地下室功能的利用率，地下室柱網(wǎng)應(yīng)根據(jù)具體使用功能合理布置，對(duì)于常規(guī)的地下室停車(chē)庫(kù)，柱網(wǎng)應(yīng)根據(jù)車(chē)位尺寸需求確定，在確保滿(mǎn)足停車(chē)要求的情況下又不造成空間浪費(fèi)。目前地下室停車(chē)庫(kù)柱網(wǎng)尺寸主要有7.8米～8.1米×7.8米～8.1米（常規(guī)柱網(wǎng)）、5.1米/6.2米×7.7米～8.0米（小柱網(wǎng)），均為按3輛小型汽車(chē)一個(gè)柱網(wǎng)的布置方式，但在垂直于汽車(chē)排列方向，在不影響使用的情況下，采用了不同的柱距布置方式，由于地下室頂板往往覆土較厚荷載較大，地下室柱子截面往往較大，而小柱網(wǎng)方案相對(duì)于常規(guī)柱網(wǎng)方案，柱子承擔(dān)的荷載范圍相對(duì)較小，所以柱子截面一般比常規(guī)柱網(wǎng)方案小，因此，在滿(mǎn)足同等使用標(biāo)準(zhǔn)的情況下，地下室車(chē)位利用率相對(duì)較高。而相對(duì)于常規(guī)柱網(wǎng)方案，小柱網(wǎng)方案柱子數(shù)量較多，感觀上略有不足，所以，確定柱網(wǎng)時(shí)，需綜合考慮具體項(xiàng)目的檔次及經(jīng)濟(jì)性要求后在最終確定。本項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)榍钒l(fā)達(dá)地區(qū)，品質(zhì)要求不高，項(xiàng)目屬于剛需類(lèi)住宅項(xiàng)目檔次，車(chē)位方向柱距滿(mǎn)足3個(gè)2.4米車(chē)位寬度要求即可，因此，從成本角度考慮，采用5.1米/6.2米×7.7米的結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)，相比8.1米×8.1米柱網(wǎng)地下室，本項(xiàng)目節(jié)約建筑面積約1900平米，工程造價(jià)節(jié)約約600多萬(wàn)。

3、地下室頂板樓蓋體系選型

3.1地下室頂板樓蓋體系的分類(lèi)

地下室頂板樓蓋體系，主要分為無(wú)梁樓蓋及有梁樓蓋。由于近年來(lái)地下室無(wú)梁樓蓋多次發(fā)生工程事故，對(duì)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量的要求較高，部位地區(qū)已限制地下室選擇無(wú)梁樓蓋，因此，本項(xiàng)目暫不不考慮無(wú)梁樓蓋體系，而采用常規(guī)的有梁樓蓋體系。

常見(jiàn)的有梁樓蓋體系布置方式有：井字梁或十字梁（次梁）布置方式、單向次梁方式、框架梁+大板布置方式等幾類(lèi)。

3.2各類(lèi)地下室結(jié)構(gòu)布置的經(jīng)濟(jì)性比較

3.2.1井字梁或十字梁（次梁）布置方式

適用于7.8米～8.1米×7.8米～8.1米的柱網(wǎng)尺寸。結(jié)構(gòu)布置如下圖1所示：

此方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：（1）通過(guò)井字次梁或十字次梁的劃分，能夠把板劃分為較小板塊，在1.5米覆土作用下，板配筋仍較小。（2）次梁較均勻的分到周邊框架梁上，框架梁受力較均衡。

缺點(diǎn)：（1）因種植屋面有防水要求，室外地下室頂板厚度不小于250mm，雖然板配筋較小，但板厚的潛力無(wú)法有效發(fā)揮。（2）次梁集中力較大，造成較大的主梁跨中彎矩，主梁配筋量較大，同時(shí)眾多次梁也增加了大量梁配筋。（3）縱多次梁造成模板量的增加，同時(shí)增加施工措施。

在頂板所承受的荷載較大時(shí)（如1.5米覆土疊加消除車(chē)荷載或人防荷載），往往需要兩個(gè)方向的主梁分擔(dān)荷載才能控制結(jié)構(gòu)梁尺寸在合理范圍內(nèi)，此時(shí)，此布置方式較易發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。

3.2.2單向次梁布置方式

適用于7.8米～8.1米×7.8米～8.1米的柱網(wǎng)尺寸，結(jié)構(gòu)布置如下圖2所示：

此方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：（1）板跨較小，板配筋量較小。（2）相對(duì)井字次梁或十字次梁的布置方式，減少了梁與梁交叉節(jié)點(diǎn)的處理。（3）平行于次梁的主梁截面及配筋較小。（4）利于主樓內(nèi)外地下室高差的處理。

缺點(diǎn)：（1）因種植屋面有防水要求，室外地下室頂板厚度不小于250mm，雖然板配筋較小，但板厚的潛力無(wú)法有效發(fā)揮。（2）主梁受力不均衡，支撐次梁的主梁受力大，截面及配筋較大，梁截面高對(duì)地下室層高控制不利。

在頂板所承受的荷載適中時(shí)（如1.5米覆土疊加常規(guī)小型機(jī)動(dòng)車(chē)或花園荷載）時(shí)，主要傳力方向?yàn)橐粋€(gè)方向的主梁亦能控制主梁截面尺寸在合理范圍內(nèi)，此時(shí)，此布置方式較易發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。

3.2.3框架梁+大板布置方式

適用于5.1米/6.2米×7.7米～8.0米（小柱網(wǎng)）的柱網(wǎng)尺寸，結(jié)構(gòu)布置如下圖3所示：

此方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下

優(yōu)點(diǎn)：（1）無(wú)次梁，減少梁交接處的節(jié)點(diǎn)處理，同時(shí)減少模板量及施工措施。（2）板荷載均勻作用與框架梁上，且小柱網(wǎng)的框架梁承擔(dān)的荷載相對(duì)較小，引起的框架梁彎矩及剪力較小，梁配筋及梁截面小，有利用控制地下室含鋼量及層高。（3）單根柱子承擔(dān)的力較小，柱子截面相對(duì)常規(guī)柱網(wǎng)時(shí)小，有利于節(jié)省結(jié)構(gòu)占用空間，提高地下室利用率。（4）小柱網(wǎng)布置，對(duì)底板抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，可減少抗浮底板的跨度，利用控制底板厚度及配筋，減少抗浮成本。

缺點(diǎn)：（1）板跨度較大，造成部分板厚較厚，部分達(dá)到300mm厚，板配筋量較大。（2）柱子數(shù)量相對(duì)常規(guī)柱網(wǎng)偏多，感觀上略有不足。

在頂板所承受的荷載適中時(shí)（如1.5米覆土疊加常規(guī)小型機(jī)動(dòng)車(chē)或花園荷載）且板厚最小要求較厚（如種植屋面要求板厚不小于250mm）時(shí)，在板厚得到合理控制的情況下板配筋不大，此時(shí)，此布置方式較易發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。

3.2.4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

本項(xiàng)目分別就以上三個(gè)地下室頂板布置方案進(jìn)行分析計(jì)算，地下室頂板（含梁板）、柱子各材料經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)如下表1：

注：本表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)僅為頂板梁、頂板、柱的用量，且僅為結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算所得，不是實(shí)際施工材料用量，未考慮施工措施及損耗等。

從以上經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)可以看出，框架梁+大板（小柱網(wǎng)）結(jié)構(gòu)布置方式混凝土用量最大，但相比其他兩個(gè)布置方式并不明顯，而本布置方式的鋼筋含量明顯較其他兩個(gè)布置方式低，且模板量最少，梁高小，層高相對(duì)其他方案降低100mm，對(duì)土方開(kāi)挖及基坑支護(hù)有利，且柱距小，對(duì)底板抗浮成本控制有利，綜合以上因素，框架梁+大板布置（小柱網(wǎng)）方式經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)明顯，且項(xiàng)目本身屬于剛需樓盤(pán)，檔次要求不高，因此，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目自身情況，框架梁+大板（小柱網(wǎng)）為最優(yōu)方案。

4、地下室層高設(shè)計(jì)

地下室層高直接影響到地下室埋深，進(jìn)而影響土方開(kāi)挖成本、基坑支護(hù)成本、抗浮成本，層高越高，以上成本越大。層高設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、通風(fēng)等專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)調(diào)，進(jìn)行綜合管線(xiàn)分析，盡量減少設(shè)備管線(xiàn)占用空間，在有條件的情況下，考慮電纜、給排水管線(xiàn)穿結(jié)構(gòu)梁處理。同時(shí)適當(dāng)控制梁高，減少結(jié)構(gòu)梁占用的空間，受力大的位置局部采用寬扁梁處理。綜合以上因素后，本項(xiàng)目給排水、電氣、通風(fēng)等設(shè)備專(zhuān)業(yè)預(yù)留管線(xiàn)空間為500mm，通過(guò)采用小柱網(wǎng)布置，結(jié)構(gòu)梁最高為750，適當(dāng)預(yù)留容錯(cuò)空間，地下室層高定為3600mm。

5、抗浮設(shè)計(jì)

5.1抗浮方式的選擇

抗浮通常有壓重法、設(shè)置抗浮錨桿、抗拔樁等幾種方式，一般情況下，在水頭不高，水浮力超過(guò)結(jié)構(gòu)自重及其上方永久荷載總和不多時(shí)，增加壓重法工期快、操作簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)且造價(jià)較低，但當(dāng)水頭較高，單純依靠自重及其上方永久荷載總和遠(yuǎn)不足于抵抗水浮力時(shí)，需要借助抗浮錨桿或抗拔樁抵抗水浮力，而正常情況下，抗拔樁的造價(jià)相對(duì)抗浮錨桿要高，如根據(jù)地質(zhì)情況，有條件采用天然基礎(chǔ)時(shí)，在考慮壓重基礎(chǔ)上，一般為優(yōu)先采用抗浮錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。

本地下室底板底抗浮水頭為4.45m，通過(guò)結(jié)構(gòu)自重及頂板覆土遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足整體抗浮要求，需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)，單純通過(guò)壓重法抗浮，需要增加的壓重過(guò)大，壓重材料巨大，且增加大量壓重會(huì)增加較多地下室埋深，明顯增加了土方工程和基坑支護(hù)造價(jià)，故不單獨(dú)采用壓重法進(jìn)行抗浮，而本項(xiàng)目底板底地質(zhì)情況良好，基礎(chǔ)適合采用天然獨(dú)立基礎(chǔ)，故本項(xiàng)目不需采用樁基礎(chǔ)，抗浮選擇抗浮錨桿進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。但對(duì)于外墻等特殊區(qū)域，可通過(guò)調(diào)節(jié)外墻基礎(chǔ)外挑長(zhǎng)度獲得足夠的土體壓重，故此區(qū)域僅依靠壓重進(jìn)行抗浮。

5.2地下室抗浮錨桿的布置方式

地下室抗浮錨桿布置方式常見(jiàn)的有集中在基礎(chǔ)底布置及均勻分布在底板上的滿(mǎn)堂布置。

抗浮錨桿集中在基礎(chǔ)底的布置，為用于天然獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，把抗浮錨桿均設(shè)在獨(dú)立基礎(chǔ)下方的布置方式，如下圖4所示：

此種方式為利用柱子承受的上部結(jié)構(gòu)恒荷載、底板自重及抗浮錨桿提供的抗拔力共同抵抗底板承受的水浮力，此方式可充分利用上部結(jié)構(gòu)的恒荷載進(jìn)行抗浮，往往需要的錨桿相比底板滿(mǎn)堂布置節(jié)省，但是基礎(chǔ)間的底板需要自身結(jié)構(gòu)抗力抵抗底板抗浮力，底板鋼筋量相對(duì)較大，當(dāng)頂板傳來(lái)的恒荷載較大、底板抗浮力大于頂板傳來(lái)的恒荷載不多時(shí)，采用此方式經(jīng)濟(jì)性較好。

抗浮錨桿滿(mǎn)堂布置，即抗浮錨桿較均勻布置于抗浮底板下方，如上圖5所示：

此方式依靠錨桿提供的抗拔力及底板自重平衡底板受到的水浮力。抗浮錨桿數(shù)量一般較多，但是因?yàn)殄^桿間距一般不大，底板配筋不大，另外，因?yàn)橛绣^固長(zhǎng)度的要求，底板厚度一般較厚。當(dāng)上部荷載較大時(shí)，采用此布置方式，在抗浮設(shè)計(jì)時(shí)，柱子傳遞的上部恒荷載未能得到充分考慮，且板厚一般較厚，經(jīng)濟(jì)性一般較差，但當(dāng)水頭比較高和上部恒荷載較小時(shí)，獨(dú)立基礎(chǔ)下方無(wú)法布置足夠的錨桿抵抗抗浮力，且底板厚度及配筋一般較大，此情況下，滿(mǎn)堂布置抗浮錨桿可發(fā)揮出較好的經(jīng)濟(jì)性。

本項(xiàng)目水頭適中，頂板覆土較厚，柱子能夠提供較大的抗浮壓力，需要抗浮錨桿提供的抗拔力不大，底板厚度及配筋不大，經(jīng)過(guò)計(jì)算比較抗浮錨桿集中布置于基礎(chǔ)底的方式和滿(mǎn)堂布置于底板的方式，采用前者方式更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。因此，本項(xiàng)目最終確定抗浮錨桿集中布置于基礎(chǔ)底的布置方式。

結(jié)語(yǔ)：

在地下室設(shè)計(jì)中，地下室成本與地下室檔次定位、地下室功能、地下室利用率、地下室荷載情況、地下室埋深、抗浮水位情況、地質(zhì)情況等因素緊密相關(guān)，地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)地下室檔次定位、地下室功能選擇合適的柱網(wǎng)及層高，提高地下室利用率，根據(jù)地下室荷載情況，選擇合適的樓蓋體系，根據(jù)上部荷載及抗浮水位情況，選擇合理的抗浮方案，根據(jù)地質(zhì)情況，選擇合理經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)形式。且地下室層高、埋深、樓蓋體系、柱網(wǎng)形式、抗浮、基坑支護(hù)等各方面都是相互聯(lián)系的，設(shè)計(jì)時(shí)不可單獨(dú)考慮其中一方面的利弊，而是綜合各方面的利弊后統(tǒng)籌考慮，最終形成一整套相互協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，達(dá)到降低地下室成本的目的。

作者簡(jiǎn)介：

韋彬（1982.10-），男，壯，廣西，本科，職位是部門(mén)負(fù)責(zé)人，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)。