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岩土研究院

大型地下车库的优化设计思路(四)--结构计算的优化

399 2021-01-22 17:42:53


地库顶板作为地库设计的一个重要部分,对整个工程投资影响较大。本文以实际工程为例,在相同覆土厚度并相应考虑一般活载、消防车荷载、人防荷载等条件下进行结构计算和施工图设计,统计施工图的混凝土用量、钢筋用量及单位面积综合单价,经过比较分析,给出每种结构方案下的技术优势和结构成本优势分析。

1、地库顶板结构设计实际案列分析

(1)基本条件参数

某项目地库柱网8.4m×8.4m,单层地库层高为4m,柱截面为600×600,混凝土强度等级为C35,钢筋均采用HRB400三级钢,覆土1.5m,消防车荷载30T,人防荷载按核6级考虑。

(2)计算模型分析方法

采用盈建科软件进行分析计算,计算模型时取标准的8.4×8.4跨,取中心跨计算配筋和施工图设计,结构形式分为 :① 无梁楼盖;② 主梁加大板;③ 十字梁;④ 井字梁结构(结构平面布置图分别见图1~图4)。

楼板钢筋采用弹性方法计算,板顶部分钢筋通长配置,通长钢筋满足构造要求;梁端支座负弯矩调幅系数取0.8,梁截面按梁端支座经济配筋率(1.6%左右)控制。


(3)地库顶板各结构布置

由于地库顶板上常布置应急消防车道和通行道,承受消防车荷载;也常作为人防掩蔽场所,承受人防荷载,因此顶板上除考虑一般均布活载外,部分区域也常考虑消防车荷载及顶板人防荷载。本工程以顶板覆土厚度为1.5m为基准条件,按一般均布活载5KN/m2、消防车荷载和顶板人防荷载三种情况进行分析比较。其中顶板覆土荷载为21.6KN/m2;消防车荷载按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2012表5.1.1及附录B要求取值,考虑顶板覆土厚度及楼板跨度的影响。无梁楼盖、主梁加大板、十字梁、井字梁的消防车荷载分别为20KN/m2、20KN/m2、26.7KN/m2、27KN/m2;顶板人防荷载按核6级考虑,取65KN/m2。各结构设计方案经过盈建科软件计算在三种活载工况下主要构件尺寸(表1)。

恒载工况
活载工况结构方案
板厚主梁截面次梁截面
覆土1.5m

一般均布活载

无梁楼盖400
主梁加大板350
500*900
十字梁250
500*900300*800
井字梁250
500*900300*700
消防车荷载无梁楼盖400
主梁加大板350
550*900
十字梁250
550*950400*800
井字梁250
550*950300*800
人防荷载无梁楼盖400
主梁加大板350
550*1000
十字梁250
550*1050400*900
井字梁250
550*1050300*900
表1  地库顶板各结构方案主要构件尺寸

(4)地库顶板各结构布置经济指标

经盈建科软件进行分析计算统计,各结构方案下的混凝土用量、钢筋用量统计(表2)

恒载工况
活载工况结构方案

混凝土用量

m3/m2

钢筋用量

kg/m2

综合单价

/m2

覆土1.5m

一般均布活载

无梁楼盖0.502
43.56600.34
主梁加大板0.388
45.30544.30
十字梁0.29946.65500.14
井字梁0.326
47.77
523.69
消防车荷载无梁楼盖0.62751.26728.50
主梁加大板0.449
56.13655.07
十字梁0.378
65.84672.91
井字梁0.371
66.61680.18
人防荷载无梁楼盖0.517
59.16716.77
主梁加大板0.476
65.69700.97
十字梁0.391
77.39766.15
井字梁0.428
79.10800.38

表2  地库顶板各结构方案主要材料指标及综合单价

2、地库顶板结构设计结果分析

从以上表格可以看出,当地库顶板在恒载其控制作用时,十字梁方案具有较好的经济性,这是因为在恒载起控制作用时,十字梁方案通过合适的梁系布置,较大限度的发挥了楼板的双向承载能力,减少了次梁数量,使得楼面荷载传力路径传递更直接、合理,降低了整体钢筋用量。

当顶板上活载较大,承受消防车或人防荷载时,主梁加大板方案具有较好的经济性;这是因为在活载起控制工况下,活载布置及作用对配筋影响较大,主楼加大板方案通过增大板跨,减少顶板上活载作用,发挥楼板承载能力,取得了较好的效果。另外考虑施工便利性和施工费用时,大板结构由于底部平坦,将会减少模板费用并可缩短工期,综合优势会有所上升。

当地库层高要求较为严格,设计条件较为苛刻,一般结构方案难以满足要求且不考虑嵌固时可考虑采用无梁楼盖方案,不过无梁楼盖方案的延性及安全度低于其他方案,实际使用中应谨慎。


3、地库设计思考

在地库顶板结构选型方面,以上几种地库顶板楼盖结构方案在实际工程中均有应用,在项目设计时,应根据每个项目的特点,选择相应的地库顶板结构方案。结构专业应在满足结构安全性的前提下,尽可能的控制结构构件尺寸,以降低结构层高,从而控制工程的造价成本。

另外,在控制造价成本时,不仅需要考虑混凝土、钢筋等的直接用量,尚应合理布局平面方案,有效控制地下室面积,达到谋为先、而后立的效果。种种因素还需要工程各参建方的共同努力和不断探索……



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