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岩土研究院

地下室顶板结构优化的设计与应用

361 2020-12-22 14:24:52



在目前房地产开发项目中,住宅小区所占比重最大,而地下停车库是住宅小区必备的附属功能。在国家大力推展绿色经济的今天,一个高品质的地下车库,不仅要能够实现建筑需要的功能需求,更要具有良好的成本经济性......


因此,本文关于地下室顶板经济性的介绍与分析,不仅有助于我们了解影响顶板体系建造成本的几大因素,更有助于在实际工程实施中对建造成本的有效控制。



01


不同顶板结构体系介绍



Part 1
主次梁结构


主次梁结构为传统的顶板结构体系,根据次梁的布置情况可分为单次梁结构,双次梁结构,十字梁结构,艹字梁结构,井字梁结构。 


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Part 2
大板结构


大板结构根据结构算法不同及是否加腋分为:大板结构(传统算法)、大板结构(有限元算法)。


加腋大板结构(有限元算法),如下:




Part 3
无梁楼盖结构


顾名思义,无梁楼盖结构即顶板体系为无梁结构,竖向荷载全部由顶板承担。




02


为什么要重点控制顶板



在整个小区建造系统中,地下室往往由于其位置的重要性,如作为上部结构基础,抵抗侧土压力,水浮力及小区路面荷载等,在成本投资上占有较大比重。


而地下室顶板体系作为地下室结构的重要组成部分,其建造成本约占地下室整体建造成本的40%~50%,因此地下室顶板体系成本控制是地下室成本控制的重中之重。



小区地下室顶板需承托小区绿化,因此顶板厚度一般较大,常规不小于160厚,部分地区要求不小于250厚,根据项目中柱网的大小不同会有不同程度的上浮,如此厚重的顶板其经济成本可见一斑,当不能根据项目情况恰当选择结构体系而做到材尽其力时,很容易造成材料浪费,成本控制失衡。


某项目地下室各部分钢筋含量


某项目地下室各部分混凝土含量



03


影响顶板性价比的因素及解决方法




结构设计经济,就是结构设计做到材尽其用 -- 建筑结构的构件能对结构安全出力,出最大的力。因此,要想得到经济的设计,就必须关注结构构件“抗力”的有效性,效率低的构件占用材料用量。增加结构自重,不仅不出力,反而会成为成本的累赘。



结合规范要求,经济的顶板体系的选择一般与如下几个因素有关:



Part 1
顶板厚度


不同的顶板厚度可匹配不同的顶板结构体系,板厚越厚,其平面外刚度越大,在体系中可承担的荷载就越大。当板厚达到一定厚度,如不小于250厚时,不应忽略板的作用,应考虑楼板与梁变形协调,共同承担上部荷载。可实现上述要求的典型楼板体系为《无梁楼盖结构》、《加腋大板结构》、《大板结构-有限元算法》。



Part 2
柱网尺寸


一般,大柱网地库空间较开阔,典型柱跨内覆土荷载较大,各种结构体系都可作为备选方案。然而,对于小柱网地库,由于跨度较小,加腋之间或柱帽之间尺寸过小,现场施工难度大。



综合考虑,加腋大板及无梁楼盖方案不尽为最优方案,可考虑采用大板方案(有限元算法)作为优选方案。



Part 3
层高


当由于项目综合因素,地下室层高要求较低时。无梁楼盖结构、加腋大板结构、大板结构(有限元算法)由于充分考虑了板的承载力,梁截面高度可有一定程度的降低,可优先考虑。



【3.1】基本情况:


某小区地下车库,典型柱网尺寸为大柱网,顶板覆土1.5m,无人防,地下室成本指标超标。



【3.1.1】工程概况:


柱网尺寸:8.4*8.4

顶板覆土:1.5m

顶板厚:300厚

顶板结构体系:大板结构(传统算法)





 【3.1.2】原设计方案及估算:


原顶板体系为300厚大板结构(传统算法)方案。


成本造价如下:




【3.2】偏差分析:


原大板结构方案虽能满足结构计算要求,但从结构受力角度:


  1. 此方案未能有效发挥300厚楼板的承载潜力,忽略了楼板平面外的刚度,导致竖向荷载最终全部由框架梁来承担,进而导致梁配筋偏大;

  2. 由于柱网尺寸较大,覆土较厚,导致楼板弯矩非常大,而板的面外刚度又非常小(刚度与高度的三次方成正比)。为抵抗如此大的弯矩,只能通过加大楼板配筋的方式来解决,最终导致楼板配筋量失衡。



【3.3】方案优化:


【3.3.1】优化过程简述:


根据地区规定,地下室顶板板厚不小于250。此种情况不应忽略楼板面外刚度及与梁共同承担荷载的潜力,应优先考虑能够发挥楼板与梁变形协调的结构体系,其次应考虑减小楼板跨度。使楼板弯矩与配筋达到经济性上的平衡,根据上述分析,《加腋大板结构》、《双次梁结构》应为首选。


构体系优化方案:





  

优化前后的工程造价对比(加腋大板 结构—— 大板结构),如下表:



优化后的工程造价明细如下表:


钢筋为5500元/吨,混凝土为500元/m3,模板为65元/m2。





优化前后的工程造价对比(双次梁结构——大板结构),如下表:



下表是优化后的工程造价明细表:




【3.3.2】优化结果:


经与设计及三审沟通,本项目楼盖体系最终确定采用加腋大板结构。


优化后楼盖体系总价5247万元,每平米造价为477元/m。较原方案节约了627万元,优化率11.95%成本控制在目标成本范围内。



如下表:



04


经验教训总结



同样的建筑功能可通过不同的结构体系实现,然而不同的结构体系所代表的经济性不同,通常在保证结构安全的情况下,凡能够充分利用材料抗力的体系就为最优结构体系。



通过本案例可知,在充分利用材料抗力方面,“加腋大板结构”优于 “双次梁结构”优于“大板结构”,当业主对不同结构体系经济性尚无清晰概念时,建议通过不同体系的经济性对比给出更直观的数据支撑。


稿源:《同辰建筑》

作者: 安怀德

本文仅供学术经验分享之用

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