结构地库经济性研究

1、.地下室经济性n 构造专业从构造的角度讲，地库的经济性和平安性是一个矛盾的两个方面，为了使其到达平衡，在保证平安的前提下到达最大的经济性，要求构造人员具有坚实的力学根底，以及与建筑、设备等其他专业的相互配合。方案阶段的合理性，是实现地库优化设计的最根本的前提。现有地下室设计构造类型根本均为框架构造，外围为混凝土挡土墙，以两个典型地库为例，统计其含钢量指标如下：将其表示为柱状图，如下所示：由图可知，地下室顶板的用钢量最大，占到总用钢量的一半左右。由于地库的柱距较大，板面上的附加荷载也比拟大，是一种特殊的楼盖构造，而且地下车库顶板的构造形式多种多样，同一工况下选择不同的构造形式可能会造成工程造价差

2、异较大。根底局部的造价，占到总造价的30%左右，影响根底造价的因素众多，在不同的地质条件下，一样的上部构造可能有着完全不同的根底方案。在地下工程的设计中，外部挡土墙的体量很大。与根底和顶板相比，地下室外墙的构造形式的变化性较小。主要问题是设计参数的选去，同一计算参数在各种标准手册中的取值不尽一样，设计时很容易造成钢筋的让费。本文将从设计参数选取的角度，分析不同参数的选取对地下车库侧壁的工程造价的影响。除了在构造的含钢量上可以减少车库的本钱之外，在地库构造的构造上，也可以进展优化设计，以到达节约本钱的目的。1 地下车库荷载的合理选择1.1 消防车等效均布荷载消防车以其轮压荷载大、作用位置的不确定

3、、作用时间短等显著特点，在构造设计中受到广泛关注，如何平安、合理地确定消防车等效均布活荷载是构造设计中难以回避的问题。现行?建筑构造荷载标准?GB50009-2021中消防车荷载取值比拟粗略，只规定了“板跨不小于2m单向板取35kN/m2，板跨不小于6mx6m双向板取20kN/m2。对于其它跨度的双向板的双向板，标准并未给出明确的活荷载。图1.1 300kN级消防车的平面尺寸与排列间距图1.22 轮压随覆土厚度的扩散情况图1.3 3台消防车的不利排列情况经过计算，可以得到以下结果图1.44 消防车等效活荷载与覆土厚度的关系1.2 地下水浮力水浮力本质是作用在地下构造顶面与底面的水压力之差，根据

4、实际情况这个水压力可能是孔隙水压力或者静水压力，在渗流情况下还需要对地下水进展渗流分析。处理抗浮问题的常规做法是：在勘察阶段尽力查明场地水文地质条件，提供有足够平安度、经济合理的抗浮设防水位；在设计阶段以抗浮水位为起始点计算浮力，进展相应的抗浮验算。地下水浮力应该作为荷载项考虑。地下水埋藏较浅时，水头较高，水浮力大于自身重力时，地下水浮力是不利荷载，会造成构造抗浮稳定性缺乏。地下水埋藏较深，水头较低，水浮力小于自身重力时，水浮力能够平衡局部上部构造荷载，从而减小对地基根底的承载力需求，这时考虑地基根底承载力时水浮力是有利荷载，其与上部构造竖向荷载组合后的剩余反力可用于地基根底设计。2 地库顶板

5、的经济性分析2.1 车库顶板形式地下汽车库相对于上部构造， 往往面临更为复杂的荷载环境，不但要承受上部构造传来的荷载，同时还要综合考虑绿化覆土、消防荷载、水压力、土压力、抗浮抗渗、不良地质等多种因素耦合的影响。多因素的共同影响使得在保证平安，且满足现行标准的根底上，对地下工程构造进展优化设计变得更为困难。地下车库顶板与普通楼板构造比拟，具有荷载大、双向柱距尺寸接近、耐久性要求高等特点。根据车库顶板构造的这些特点，通常采用的顶板构造形式有：肋梁楼盖和无梁楼盖、预应力楼盖等构造形式。2.1.1 肋梁楼盖通常传统的楼盖形式为梁板式楼盖。即在纵横两个方向都设置梁，有主梁和次梁之分。适用于较大开间的房间

6、。对跨度较大的房间，为使楼板的受为与传力较为合理，在楼板下设梁，减小楼板的跨和厚度。这样，板上的荷载由楼板传给梁，再由楼板传给墙或柱，这样组成的楼板为梁板式楼盖。图2-2 肋梁楼盖的主要形式2.1.2 无梁楼盖(1)带柱帽的无梁楼盖。其组成包括柱、柱帽、柱上托板及平板。柱帽及柱上托板有三个功能，一是增强平板与柱的连结，增强构造的刚度；二是可以缓和柱对平板的冲切作用；三是可以减少板的计算跨度和柱的计算长度。这种楼盖的内景略差一点。图2-2 带柱帽的无梁楼盖(2)平板无梁楼盖。其组成仅包括柱及平板。这种楼盖在节点处平板受柱的冲切作用较大，需要在柱顶处在平板内设置受剪配筋来加强。这种楼盖的天花平整，

7、且楼板的支模和配筋施工较传统的梁板式楼盖方便、高效。图2-3无柱帽的无梁楼盖相关文献资料说明，实际工程楼盖的选型取决于多个方面，经济性只是衡量其优缺点的主要因素之一。当对楼层净高有较高要求，而增加层高又受到严格控制时，无梁楼盖可能会成为首选方案；当楼盖有防水要求，楼盖厚度要满足标准限值，且无太多不规那么隔墙设置时，可选择主梁大板式楼盖或单向次梁的方案；当楼盖无防水要求，且其上部存在较多不规那么房间功能划分，即填充墙体的布置较为零乱，很难实现在墙下设梁，此时，双向双道次梁布置的 楼盖方案能将楼板划分为较小板跨， 可在板上砌筑墙体，同时，当楼盖荷载较大如附覆土、消防荷载等时，双向次梁负荷面积较小，

8、可到达降低梁截面及配筋的目的。2.2 楼盖造价算例比拟2.2.1 柱网尺寸 按照通常的车位尺寸，排出两种柱网比拟：1） 大柱网， 7.8x7.8 mxm，如图2-4所示。图2-4 大柱网布置2） 小柱网， 7.7x4.85+6.00+4.85mxm，如图2-5所示。图2-5 小柱网布置上述两种柱网分别按不同的楼盖形式，结合三种不同的覆土厚1.0m、1.5m、2.0m，计算并统计混凝土量、钢筋量以及参考造价，以便分析比拟优劣，为后来的设计工作提供指导。2.2.2 大柱网楼盖比拟1 楼盖形式：1主梁加大板柱截面：600x600；主梁截面：450x850；板厚：300。2 主梁加十字次梁柱截面：60

9、0x600；主梁截面：450x900；次梁截面：400x700；板厚：180。3主梁加井字次梁柱截面：600x600；主梁截面：450x850；次梁截面：300x650；板厚：180。4 无梁楼盖柱截面：600x600；柱帽尺寸：2800x2800；板厚：300。主梁加大板主梁加十字次梁主梁加井字次梁无梁楼盖图2-6 大柱网顶板形式2 造价统计：2.2.3 小柱网楼盖比拟1 楼盖形式：A 主梁加大板柱截面：500x500；主梁截面：450x800；板厚：250；B 主梁加单向次梁柱截面：500x500；主梁截面：450x700；次梁截面：400x700；板厚：180；C 无梁楼盖柱截面：500

10、x500；柱帽尺寸：2800x1800；板厚：350；A 主梁加大板B 主梁加单向次梁C 无梁楼盖图2-7 小柱网顶板形式2 造价统计：2.2.4 结果分析经过上文分析，将以上各种条件组合下得到不同楼盖形式的造价做统计，见图2.6和图2.7。从图中可以看出：1) 大柱网l 造价最节省的是无梁楼盖形式,与普通主次梁构造相比，造价低10%18%l 造价最高的是主梁加大板形式,比普通主次梁构造造价高3%16%，且覆土越厚，越不经济。l 井字次梁比十字次梁的造价稍高，效果类似，因此一般情况下只考虑十字次梁。l 钢筋用量最多的是主梁加大板形式，混凝土用量最多的是无梁楼盖形式。l 层高最小的是无梁楼盖，层

11、高最大的是主次梁楼盖。l 综合比拟，大柱网地库顶板优先考虑无梁楼盖形式。图 2.8大柱网顶板造价比照2) 小柱网l 造价最节省的是无梁楼盖,比普通主次梁构造造价低8%16%。l 覆土较薄时，主梁加大板与主次梁构造造价相当；覆土较厚时超过1m，造价最高的是主梁加大板形式,比普通主次梁构造造价高约10%。l 主次梁构造中，单向次梁形式较为合理。l 钢筋用量最多的是主梁加大板形式，混凝土用量最多的是无梁楼盖形式。l 层高最小的是无梁楼盖，层高最大的是主次梁楼盖。l 综合比拟，小柱网地库顶板优先考虑无梁楼盖形式，条件限制时，可采用主梁+单向次梁的楼盖形式。图 2.9小柱网顶板造价3) 柱网之间比拟l

12、小柱网比大柱网楼盖造价低5%20%，覆土越厚效果比照越明显。l 小柱网与大柱网相比，造价相差最悬殊的是主梁加大板形式12%20%；相差最小的是无梁楼盖形式6%10%。l 小柱网比大柱网楼盖层上下。l 综合比拟，地下车库优先考虑单向小柱网。因工程中的边界条件，边跨对用钢量影响也较大，以上内容仅供参考。在实际确定地库顶板构造形式时，应综合考虑建筑的平立面布置，以便选取相对经济合理的构造方案。3 地库根底的经济性分析地基根底的概念设计极其重要，概念设计是设计人准确运用已有的科技知识、工程经历和技术标准，对地基根底工程从方案选择到施工完成全过程的概念性设计。地基根底的概念设计与建筑方案和上部构造的概念

13、设计应该互动协调，指导地基根底的设计和施工。地下车库在地基根底设计时应依据勘察成果，结合构造特点、使用要求，综合考虑施工条件、材料情况、场地环境和工程造价等因素，保证最大程度地做到精心设计，以保证建筑物的平安和正常使用。在上部荷载作用下，应保证地基不发生强度破坏和失稳，并且因地基变形导致的建筑沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜，不超过地基变形的允许值。3.1 地基承载力计算民用住宅小区的地下车库一般为单层或者双层，地基反力一般较小，天然地基根本可以满足承载要求，极少情况需要进展地基处理或者采用桩根底，本章节主要讨论天然地基的设计要点。3.1.1 地基承载力计算方法天然地基承载力可以通过载荷试验或其

14、他原位测试、经历值等方法确定，但尚应进展深度和宽度修正岩石地基除外。根底埋置深度对地基承载力的大小有着关键性的影响，合理的深度取值对根底的平安及经济造价至关重要。不同根底形式的埋置深度d可按下列图取值。但对于地下室采用筏板根底进展地基承载力修正时，需满足根底底面地基反力的平均值不小于挖去的原有土重。当为超补偿根底时，尚应按建筑物重量的等效土层厚度计算根底等效埋置深度de来进展地基承载力的深度修正。图3.1 根底埋置深度取值3.1.2 地基承载力验算在上部荷载作用下，根底底面处的压力如下列图。图3.2 根底底面压力分布偏心距基底压力承载验算备注e=0Pk(FkGk)/APka一样点：都需要验算平

15、均基地压力不同点：偏心荷载需验算根底底面边缘最大压力，且偏心越大，Pkmax越大，所需a也越大结论：根底布置应尽量减小偏心距，使荷载重心与基底平面形心趋于重合。0<eb/6Pkmax(FkGk)/A(Mk/W)Pkmin(FkGk)/A(Mk/W)PkaPkmax1.2ae>b/6Pkmax2FkGk)/3laPkaPkmax1.2a3.2 地基变形计算地下车库的主要构造形式为框架构造，对于地基变形主要控制相邻柱基的沉降差，地基沉降一般采用分层总和法计算，并根据地区沉降观测资料或当地经历进展修正。在确定根底沉降量的过程中，当地工程经历尤为重要，合理的沉降量是构造设计计算的前提，它使

16、得根底计算，变成一种在地基总沉降量前提下，对根底沉降进展复核的过程，同时也是对根底配筋确实定过程。图3.4 根底沉降示意3.3 抗浮稳定性3.3.1 抗浮计算水位取值参见下列图图3.5 抗浮水位取值图1中，根底底板受到水浮力作用，水头高度为H。图2中，底板埋置在隔水层土中时，根底底板应考虑浮力作用，但可考虑渗流作用影响，对水浮力进展折减。图3中，根底埋置于不连续的局部含水层中时，根底底板可不考虑这局部水浮力作用。3.3.2 抗浮稳定性要求水浮力抗力要求S=m*V主体构造抗浮Gk/KwNw,k增设抗拔桩或抗浮锚杆Gk/Kw+nRNw,kKw地下构造抗浮平安系数，一般取1.05Gk构造自重及其上作

17、用的永久荷载标准值的总和，不包括活荷载3.3.3 常用抗浮措施1增加构造配重-抗水浮力一般用于埋深浅、上浮力较小的情况，或用于构造自重与上浮力相差不大的情况。可采取增加覆土荷载、增加构造自重和边墙加载等方式，采用增大覆土荷载方式时，回填采用可选用土、砂石等，回填时需保证回填密实，到达对回填物密度要求。图3.6 抗浮加载方式加载方式特点顶板加载可操作性好，但顶板压重增加，顶板及底板均需考虑因荷载增加，引起的钢筋及混凝土用量的增加。底板加载地下室回填困难，且底板上的回填材料不易压实。底板压重增加，因根底配筋计算为净反力组合，根本不会增加钢筋及混凝土用量侧墙加载因地库面积一般较大，侧墙加载对抵抗水浮

18、力的作用较小，一般不予考虑。2抗拔桩/抗浮锚杆-抗水浮力适用于水浮力较大的情况，抗拔桩可选用预制桩和灌注桩。灌注桩除常规等截面形式外，有扩底灌注桩和后注浆灌注桩等，后两种情况能大幅度提高抗拔承载力，适宜于深开挖条件下的抗浮。而抗浮锚杆对施工工艺要求较高。分为岩石锚杆和土层锚杆两种，岩石锚杆适用于根底直接坐落在基岩的情况，锚杆直接插入基岩灌浆，岩石锚杆抗拔力较大。假设在一般土层中，那么为土层锚杆，但淤泥质土等土质条件不好情况下不可采用。3减层高、抬地面-避水浮力适用于构造自重与上浮力相差不大的情况，通过抬高地面，减小水头高度，使得构造自身重量能够平*浮力，此方法需要在竖向标高设计阶段综合考虑水浮

19、力对构造的影响。3.4 根底选型3.4.1 根底的构造类型地下车库根底底板设计现在一般有3种方法：梁板式筏板根底；局部加厚的筏板根底下反柱墩；局部加厚的筏板根底上反柱墩。梁板式筏板根底局部加厚的筏板根底上反柱墩局部加厚的筏板根底下反柱墩图5.1.1 根底的构造类型1 梁板式筏板根底梁板式筏板根底由底板、梁等整体组成，在纵横两个方向都设置地梁。根底反力由楼板传给梁，再由梁传给墙或柱，这样组成的楼板为梁板式筏板根底。2局部加厚的平板式筏板根底平板式筏板根底由底板及柱下上反或下反柱墩组成，平板式筏板根底具有传力途经简单直接、可以做到计算假定与实际受力情况更接近、施工简单便利、工期短、节省工程材料、造

20、价低等优点。一般来说，其综合经济效益应优于梁板式筏板根底。局部加厚的筏板根底下反柱墩局部加厚的筏板根底上反柱墩3.4.2 根底底板经济性比拟1比拟内容按照通常的车位尺寸，排出两种柱网比拟：1大柱网， 7.8x7.8 mxm2 小柱网， 7.7x4.85+6.00+4.85mxm上述两种柱网分别按不同的根底形式，计算并统计混凝土量、钢筋量以及参考造价，以便分析比拟优劣，可为设计工作提供指导。2 大柱网楼盖比拟1根底形式：A 梁板式筏板根底柱截面：600x600；主梁截面：400x850；板厚：400；B平板式筏板根底下反柱墩柱截面：600x600；板厚：300；下反柱墩高800400+400C平

21、板式筏板根底上反柱墩柱截面：600x600；板厚：300；上反柱墩高800400+4002造价统计：根底形式混凝土m³/m²钢筋kg/m²根底造价(元/m²)梁板式筏板0.4758.62620.68平板式筏板(下反柱墩)0.4652.53563.75平板式筏板(上反柱墩)0.4648.76504.333小柱网楼盖比拟1根底形式：A 梁板式筏板根底柱截面：600x600；主梁截面：400x850；板厚：400；B平板式筏板根底下反柱墩柱截面：600x600；板厚：300；下反柱墩高800400+400C平板式筏板根底上反柱墩柱截面：600x600；板厚：3

22、00；上反柱墩高800400+4002造价统计：根底形式混凝土m³/m²钢筋kg/m²根底造价(元/m²)梁板式筏板0.4550.68 570.54 平板式筏板(下反柱墩)0.42 46.23 526.53 平板式筏板(上反柱墩)0.42 42.24 460.18 适用性筏板类型适用范围优点缺点平板式筏板根底柱网大开间受力明确，计算简便施工时梁板不同高，需另外挖土或填土，造价较高梁式筏板根底小开间或剪力墙开挖根底至筏板底，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反柱帽筏板根底几乎所有根底地下室地板室内齐平，无需另外

23、处理挖土复杂，需另设砖台模，底板含钢量较大上反柱帽筏板根底几乎所有根底挖土简便，底板为一大平板，地板含钢量较小地下室内不地面起鼓包排水沟可利用，室内需填土4 基坑支护4.1 设计原那么1基坑支护设计应综合考虑地质条件、基坑周边环境要求、施工工期要求、主体地下构造要求及支护构造使用期等因素，因地制宜、合理选型、优化设计。2基坑支护应保证基坑周边建构筑物、地下管线、道路的平安和正常使用；保证主体地下构造的施工空间。4.2 基坑支护构造形式基坑形式适用范围放坡开挖适用于开阔的场地，要求基坑外具备足够的放坡空间，且放坡开挖不能对相邻建筑物，管线等产生影响。重力式水泥土墙一般用于软土地层中开挖深度7m以内的基坑工程，当周边环境有保护要求时，基坑深度不宜超过5m。土钉墙土钉墙适用于开挖深度小于12m、周边环境保护要求不高的基坑工程，不适用于淤泥质土、淤泥、膨胀土以及强度过低的土，且适用性应结合地区经历综合确定。支挡式构造以地下连续墙、灌注桩排桩、型钢水泥土搅拌墙、钢板桩、混凝土板桩等作为围护结墙结合设置内支撑或锚杆等组合而成的支护体系，适用于多种地质条件、基坑开挖较深、施工场地狭窄或周边环境保护要求较高的基坑工程。4.3 基坑造价分析基坑工程多采用临时性的支护构造，在保证基坑平安和