欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

大型地下车库的优化设计思路(三)--结构因素影响分析

317 2021-01-22 16:29:30


近年来,随着高层建筑的增多,地库设计日益广泛,在各种类型的项目开发中,地库建设成本在整个工程造价中占有很大的比重,因此建设单位在进行工程投资核算时,非常重视地库设计的经济性。而从结构的角度讲,地库的经济性和安全性是一个矛盾的两个方面,为了使其平衡统一,要在保证安全的前提下尽可能达到良好的经济性,这就要求结构设计人员具有坚实的专业能力,以及与建筑、设备等其他专业的紧密配合。地库结构设计时,常具有以下三个特点:
(1)顶板荷载大:地库顶板覆土较厚,荷载较大且常有消防车荷载及人防荷载;
(2)柱网间距大:地库为了追求停车效率和整体感觉,地库大柱网间距可达到8-9m;

(3)层高控制严格:地库因其层高对成本影响很大,控制较为严格,地库顶板梁截面高度较大时,若加上设备管道高度,地库净高较难满足建筑专业要求。

1、地库柱网布置对经济性的影响

地库的柱网直接影响到车位布置和停车数量,柱网首先要满足结构的安全性、经济性外,同时还要考虑车辆停放的合理性、车辆行驶的方便性以及整体视觉的舒适性,只有综合考虑好这些因素才能做出既经济又合理的地库。目前地库主要的柱网形式有大柱网 8.4m×8.4m(图1),大小柱网 8.1m×5.4m(图2),小柱网 5.4m×5.4m(图3)。

图1   大柱网车库实景图
图2  大小柱网车库实景图
图3  小柱网车库实景图

从图中可以看出大柱网方案的柱子截面较大,柱子数量较少,视野较为开阔,舒适性方面最优;大小柱网方案的柱子数量适宜,视野相对舒适;小柱网方案的柱子截面较小,柱子数量较多,柱子较为密集,舒适性较差。根据以往设计经验,在采用相同结构体系的情况下,在顶板结构经济技术指标上小柱网最优、中柱网其次、大柱网最差。在相同的外界条件下,小柱网比大柱网楼盖造价低5%~20%,覆土越厚效果对比越明显,而且小柱网比大柱网楼盖层高低,还可以进一步减少造价。但由于地库使用频率越来越高,业主对地库舒适性也有了一定的要求,大小柱网和大柱网在实际工程中应用也越来越多。

另外,在实际工程中上部结构柱网应尽量与下部地库柱网对齐,若上下不对齐,即会产生过多的框支柱、框支梁。根据抗规要求,框支构件的的抗震等级、轴压比控制及配筋都要相应提高,从而增加了成本,不利于地库经济性指标控制。

2、地库层高对经济性的影响

地库层高确定原则:层高=地库底板面层厚度(一般100mm)+地库净高(一般2200mm)+设备管道高度(风管、喷淋、电桥架)+顶板梁高+富余量(100~200mm),实际工程中,根据柱网布置的不同地库层高一般在3400~3700mm范围。

地库层高直接决定了外墙的高度和厚度,地库外墙除受到墙体外侧回填土作用外,还受到地下水压力、回填土传来的上部活载作用以及人防荷载作用,地库层高较高时,地库外墙厚度和配筋也要相应增加。地库层高还直接影响基坑开挖和围护的成本,所以地库层高变化对于地库综合造价影响很大。

据有关资料统计,地库层高每增加100mm,土方开挖及基坑围护等工程综合成本增加25-30元/m2。综合统计下地库层高每增加100mm,地库总成本约增加35-50元/m2。

地库顶板设计时应在保证建筑、设备最小使用空间要求的基础上,最大限度的降低框架梁梁高以减少地库层高,降低地库工程直接或间接费用,从而使工程总成本降低,起到加快施工速度、控制工程总投资的作用。

3、地库基础对经济性的影响

由于高层建筑基础部分的造价可占到总造价的30%左右,基础造价对整个工程的经济性影响很大。地库在地基基础设计时应依据勘察成果,结合结构特点、使用要求及地方经验,综合考虑施工技术条件、材料情况、场地情况和工程造价等因素,保证最大程度的合理性设计,以保证建筑物的安全和正常使用。在上部荷载作用下,应保证地基不发生强度破坏和失稳,并且保证因地基变形导致的基础沉降量、沉降差、局部倾斜等不超过地基变形的允许值。

上海地区地库的基础形式主要是桩基础,由于地下室水位较高,一般高层地库部分为抗压桩,纯地库部分一般为抗拔桩 。地库底板筏板类型主要有梁式筏板、平板式筏板、下柱墩筏板、上柱墩帽筏板,各种筏板对比结果(表1)。

筏板类型适用范围优点缺点
梁式筏板柱网大开间受力明确,计算简单施工时梁板不同高,需另外挖土或填土,施工复杂,造价较高
平板式筏板小开间或剪力墙开挖基础至筏板底,钢筋排布及混凝土浇筑方便混凝土用量较大,计算复杂,当上部荷载较大反力分布不均匀
下柱墩筏板几乎所有基础底板地库底板室内齐平,无需另外处理柱墩周围处挖土复杂,需要另设砖台模,底板含钢量较大
上柱墩筏板几乎所有基础底板底板底部平齐简便,底板含钢量较小地库内柱墩外漏,地库底板顶面需要填土,目前使用较少

表1  各种地库底板结构形式优缺点比较


4、地库顶板对经济性的影响

地库顶板相对于其他部位,往往面临更为复杂的荷载环境,不但要承受上部结构传来的荷载,同时还要综合考虑绿化覆土、消防车荷载、水压力、抗浮抗渗等多种因素耦合的影响。

根据地库顶板结构的这些特点,通常采用的结构方案有无梁楼盖、主梁加大板、十字梁、井字梁等,何种结构方案布局更合理,更经济,以及哪些因素将会影响这些结构方案的经济合理性,都将成为地库顶板结构选型的关键,根据以往的设计经验,总结了各种设计方案的优缺点(表2)。

顶板方案适用范围优点缺点
无梁楼盖非嵌固部位柱网大开间具有建筑空间大,不受梁的限制,空间布置灵活,可以有效的增加室内层高,施工模板方便,支撑安装拆除、体系简单,钢筋制作及绑扎简单方便,施工速度快,节省模板和工期,进而节省建筑成本抗侧刚度较差,首层主楼嵌固时不宜采用,混凝土用量较大,比梁板结构容易开裂,抗裂措施需加强,结构的延性和安全富裕度较低
主梁加大板各种均适用成熟的楼盖体系,施工模板方便,施工速度较快梁高较高,板厚较厚,楼板配筋较大,钢筋直径较大
十字梁各种均适用板厚利用较为充分,传力较为清晰次梁传递给主梁的集中力刚好在主梁跨中部位,导致主梁弯矩配筋很大,梁高较高
井字梁各种均适用常用的楼盖体系,传力路线清晰,侧向刚度大,覆土较厚、荷载很大时优势明显板厚富裕度过大,没有充分利用;现场的模板和钢筋加工工作量较大,施工速度一般


表2  各种地库顶板结构方案优缺点比较


本文主要简述了对地库经济性影响的一些因素,下期专题—结构计算的优化以实际案列分析,定量对比地库顶板各种结构方案,衷心感谢大家的关注。



推荐阅读——

大型地下车库的优化设计思路(四)--结构计算的优化——https://www.geoseu.cn/yanjiuyuan/daxing_dixiacheku_youhua_sheji_jiegoujisuan_youhua.html

大型地下车库的优化设计思路(三)--结构因素影响分析——https://www.geoseu.cn/yanjiuyuan/daxing_dixiacheku_youhua_sheji_jiegouyinsu_yingxiang.html

大型地下车库的优化设计思路(二)--成本控制——https://www.geoseu.cn/yanjiuyuan/daxing_dixiacheku_youhua_sheji_chengbenkongzhi.html

大型地下车库的优化设计思路(一)--体验感和品质设计——https://www.geoseu.cn/yanjiuyuan/daxing_dixiacheku_youhua_sheji_tiyangan_pinzhisheji.html