转载《地下车库顶盖多种结构形式的经济性比较》

转载自中国建筑2013 年技术交流会论文集《地下车库顶盖多种结构形式的经济性比较》作者：周炜

摘要：目前，在住宅小区的配套建设中，地下车库的建设是解决地面停车问题的有效且主要手段之一。地下车库顶盖在结构选型方面存在着多样性，并且由于结构选型的差异性，往往又造成地下车库在开发建设的过程中成本投入的差异。因此，在以满足结构安全为前提，在相同的荷载工况作用下，本文着重针对目前常用的几种地下车库顶盖的结构形式，做了详尽的计算、施工图的绘制及经济性的比较。其目的在于既要满足地下车库的使用功能，又要寻找到一种能使地下车库在投资建设的过程中，体现成本效益最大化的地下车库顶盖的结构布置形式。

关键词：主次梁结构；板柱结构；加腋大板；等效荷载

0 引言

目前，为提升住宅小区的品质，小区内往往会营造大面积的园林景观。园林景观的大面积建设往往又导致地面车位少之又少，甚至于无法满足业主的停车需要。因此在住宅小区的配套建设中，地下车库的建设便成了解决地面车位不足的有效手段之一。就目前而言，地下车库顶盖的结构布置形式主要有“井字梁”、“十字梁”、“平行次梁”、“无梁楼盖”及“加腋大板”等几种（如图1-1）。

本文采用横纵均为 5 跨连续梁（板）的简化计算模型，以并排停放2 辆或者3 辆车的实际情况为依据，柱网分别采用6.0mx6.0m 和8.1mx8.1m 两种柱网形式，覆土分别取1.0m、1.2m、1.5m、1.8m、2.0m 及2.5m 等常见厚度，且均考虑消防车等效荷载，以此为前提进行经济性比较。

本文主要从车库顶盖的含钢量、混凝土用量、相对土方量及模板费用等四个方面对其进行经济性比对。而车库外墙、柱子及基础等由于受层高、地下水位高低、持力层承载力及基础选型等诸多不确定因素的影响，成本造价离散性很大，不具有可比性，因此这些结构构件不在本文的经济性分析比较范围之内。

1 计算工况

1.1 计算基本信息

目前，从《我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组》中来看，我国大部分地区属于7 度设防区，8 度及9 度设防区域范围相对较小。因此，本文是按照通常情况下的 7 度（0.1g）的设防烈度，场地土为Ⅱ类场地土的常见抗震设防分类进行计算。由于地下车库是全埋式，因此地下车库在整体计算时是不考虑风荷载的作用。依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）6.1.3.3 条，“……地下室中无上部结构的部分，抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级”。本文是按照抗震等级和抗震构造措施的抗震等级均为三级的情况进行计算比较。

1.2 关于柱网

依据《汽车库建筑设计规范》（JGJ100-98）第4 章节的技术要求，一般情况下，民用地下车库，当柱网为6.0mx6.0m 时，可停靠2 辆小型车辆；当柱网为8.1mx8.1m 时，可停靠3 辆小型车辆。因此，本文是按照上述两种柱网尺寸，按照5 跨x 5 跨的平面布局进行的整体计算及经济性的比较。

1.3 关于车库顶板厚度

地下车库顶板板厚在规范中没有明确的要求。设计者往往依据当地地下水位的高低、施工质量的差异性、顶板荷载的大小以及板块跨度不同等诸多因素来确定顶板厚度，梁板结构的地下车库顶板板厚一般情况下控制在180mm~250mm 之间。

1.4 消防车等效荷载

地下车库顶板，往往依据消防的要求，需要考虑消防车荷载。依据《建筑结构荷载规范（2006 年版）》GB 50009-2001（以下简称《荷载规范》）第4.1.1 条注3 要求“……消防车活荷载是适用于满载总重为300kN 的大型车辆……”；《荷载规范》表4.1.1 中规定的消防车等效荷载是当且仅当消防车轮压直接作用在结构板面上的一种单一工况下的荷载取值。而实际的地下车库顶板，往往依据冻土深度、管线排布等因素，需要覆土1.0m~2.5m 左右。因此，在有覆土的情况下，消防车需考虑经过覆土扩散后的等效荷载。

依据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 及《全国民用建筑工程设计技术措施》可知，300kN 的消防车轴距、轴重及单轮着地面积如图1-2

依据《荷载规范》附录B《楼面等效均布活荷载的确定方法》，按照公式（B.0.4）进行消防车等效活荷载的计算。即单轮轮压按照30°角进行荷载扩散，如下图1-3

以8.1mx8.1m 柱网，1.5m 覆土为例，来计算消防车等效活荷载。消防车后轮着地面积为200mmx600mm，按照30°的扩散角进行扩散后，扩散面积为1932mmx2332mm，而消防车后轴轴距为1.4m，因此存在后轴单轮轮压扩散后面积相重叠的情况，重叠后整个扩散面积为3332mmx4132mm，即扩散后附加在结构板面上的荷载为，借助理正工具箱（5.6.2 版）异形板计算模块进行板块的弯矩（M）计算。经计算发现，当且仅当后轴4 轮布置在板块中央时，弯矩（M）最大。如图1-4 所示。

经过计算6.0mx6.0m 柱网和8.1mx8.1m 柱网，消防车荷载经过1.0m、1.2 m、1.5 m、1.8 m、2.0 m 和2.5 m 覆土扩散后，消防车等效活荷载汇总如下表。依据《荷载规范》

2 计算结果

2.1 材料及安全储备

在相同的工况下，为了上述地下车库顶盖的各种结构选型具有可比性，因此混凝土强度等级均取C30；梁纵筋、板钢筋均取HRB400 级钢；梁箍筋均采用HPB300 级钢计算，当实际箍筋计算值偏大时，按照HRB400 级钢进行折算及施工图绘制。梁的配筋率控制在1.0%-1.5%之间，下铁留有15%的安全储备，支座钢筋不放大；板配筋率控制在0.3%-0.5%之间，计算配筋的板下铁留有15%的安全储备，构造配筋及板支座钢筋均不放大；柱子对柱帽，柱帽对无梁板的冲切留有15%的冲切储备；柱上板带及跨中板带计算配筋的下铁留有15%的安全储备。

2.2 无梁楼盖计算方法的适用性探讨

目前无梁楼盖的计算方法主要有以下三种，1、经验系数法，2、有限元法，3、等待框

架法。

经验系数的适用条件：楼盖的每个方向至少应有三个连续跨；任一区格内的长边与短边之比不大于2；同一方向上的相邻跨度不相同时，最大与最小跨度比不应大于1.2；活荷载与恒荷载之比不应大于3。而实际住宅小区的地下车库往往与住宅主楼共用外墙，且车库轮廓随主楼轮廓不规则变化，常常出现在主楼两个“鼻子户型”或者相邻两个结构单元之间的车库顶盖少于3 跨的现象。因此经验系数法在实际地下车库的计算中很难满足上述条件，容易导致计算失真。

有限元法计算过程较为复杂。Pkpm 系列程序中的SLABCAD 模块是用有限元法来实现对

无梁楼盖的受力分析计算的。其基本原理是将楼盖板划分成若干板带，并在板带上设置若干

有限元网格，利用有限元积分分析计算，来求解网格内的总内力，并根据现行规范的规定进

行楼板正截面应力验算和受剪、受冲切承载力的设计。但是这种算法往往又因为在有限元计

算网格划分异常区域、异常节点等处存在计算严重失真，甚至有不符合实际受力的情况，需

要设计人员对其再进行分析、归并。并且这种有限元的程序算法，缺乏适当的透明性，受力

分析不直接，不容易查询程序的实际计算过程，因此有其一定的弊端性在里面。

等代框架法理论计算、分析无梁楼盖，这种计算方法的好处是：计算过程透明直接，计算过程、计算书清晰明了且便于设计人员分析判别；并且不存在有限元异常节点计算失真的现象，以及无需满足“每个方向至少要保证三个连续跨”的计算限制条件。

2.3 等代框架法的计算原则

无梁楼盖在竖向荷载作用下，当lx/ly≤2 时，无梁板的板有效宽度取全宽，即按如下方式进行划分，详见附图2-1：

bx=0.5(lx1+lx2) （2-1）

by=0.5(ly1+ly2) （2-2）

2.5 经济性比较

以目前北京市场上建材的综合单价作为成本统计口径，钢筋按照6.5 元/kg，C30 混凝土按照450 元/m3,，土方按照30 元/m3，模板按照45 元/m2 的单价进行统计。下表2-3、表2-4 中的“相对土方量”是仅指车库顶盖中，电气设备管线无法穿行的结构构件的高度，如下图2-4、图2-5 所示。