地库顶板结构类型的经济性界点分析

地库顶板结构类型的经济性界点分析詹顺肖漾在各类建筑的结构设计中，成本控制是结构设计者必须重视的一个方面。甲方希望从结构工程师的设计经验中，直接知晓何种结构体系是适用并且足够经济，以求达到投资的最大回报，这样就给我们结构设计师带来了对经济性的思考。关于结构的经济性，我们知道：多层和高层钢筋混凝土结构中，楼盖结构的材料用量占整个结构用量的30%~40%,而地下结构承受荷载很大，其材料用量所占比重会很高，如果能节省地下室楼盖的建造成本，无疑会产生很大的经济效益。在此，本文根据目前住宅小区地下室常用的柱网8.1mX8.1m（非嵌固区域），取横纵均为5跨连续梁（板）为简化计算模型，以YJK软件为计算工具，分别用无梁楼盖、加腋大板和单向板的三种结构类型，在保证常规覆土荷载（1.5m左右）下结构配筋率为最优的前提下，在不同结构形式和不同荷载下，从混凝土用量，钢筋用量，以及两者总费用制成一目了然的图表，对经济性好坏变化界点的做统计分析。一，设计基本信息：本文是按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。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”。此处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。二，结构平面如下图：（总建筑面积：1644㎡）三，构件尺寸：在该跨度的柱网下，分别以无梁楼盖、加腋大板、单向板进行建模计算调试。在覆土1.5m左右的荷载下，再细分为有消防车荷载和无消防车荷载两种情况，调试出混凝土构件优化配筋率，同时得到此时的构件截面尺寸。见下表(单位：mm)：无梁楼盖覆土+消防车覆土柱700x700板厚350300柱帽3000x3000x600板带3000x3503000x300层高4200板计算属性弹性板6加腋大板覆土+消防车覆土柱700x700梁500x800400x900加腋板根部厚度500450腋长1500平板厚度250层高4800板计算属性弹性板6单向板覆土+消防车覆土柱700x700主梁（受力大）600x1200500x900主梁（受力小）500x900500x800次梁：400x900300x800板180160层高5.1板计算属性弹性膜四，计算结果：以目前市场上最新的建材综合单价为统计口径，HRB400钢筋和C30混凝土分别按3.4元/kg,360元/m³的单价进行统计，按以上调试后的模型结算所得的材料用量，经统计得出下表：荷载：恒，活（kN/㎡）45，2040,2033,2027,2022,2018,2014,209,205,20混凝土用量（m³）763.51763.51763.51763.51763.51763.51763.51763.51763.51钢筋用量（kg）156867.8144425.5128270.1115396.2107262.8101563.394231.187526.781575.1钢筋砼费用（￥）808214.12765910.3710981.94667210.68639557.12620178.82595249.34572454.38552218.94荷载：恒，活（kN/㎡）45，2040,2033,2027,2022,2018,2014,209,205,20混凝土用量（m³）622.9622.9622.9622.9622.9622.9622.9622.9622.9钢筋用量（kg）175733.1154136.4126726.8114443.210325397123.190232.382548.578978.4钢筋砼费用（￥）821736.54748307.76655115.12613350.88575304.2554462.54531033.82504908.9492770.56荷载：恒，活（kN/㎡）45，3540,3533,3527,3522,3518,3514,359,355,35混凝土用量（m³）662.62662.62662.62662.62662.62662.62662.62662.62662.62钢筋用量（kg）187352.7169378.6155484.5143305.1129079.4120995.4114586.5105017.299265.8钢筋砼费用（￥）875542.38814430.44767190.5725780.54677413.16649927.56628137.3595601.68576046.92荷载：恒，活（kN/㎡）45，540,533,527,522,518,514,59,55,5混凝土用量（m³）657.43657.43657.43657.43657.43657.43657.43657.43657.43钢筋用量（kg）131334.1117194.5102443.990613.182173.77567070040.163379.660466钢筋砼费用（￥）683210.74635136.1584984.06544759.34516065.38493952.8474811.14452165.44442259.2荷载：恒，活（kN/㎡）45，540,533,527,522,518,514,59,55,5混凝土用量（m³）615.26615.26615.26615.26615.26615.26615.26615.26615.26钢筋用量（kg）136422.5112626.696869.185136.675968.871284.76743864427.462717.6钢筋砼费用（￥）685330.1604424.04550848.54510958.04479787.52463861.58450782.8440546.76434733.44荷载：恒，活（kN/㎡）45，540,533,527,522,518,514,59,55,5混凝土用量（m³）587.34587.34587.34587.34587.34587.34587.34587.34587.34钢筋用量（kg）154224.5136163.8117651.998553.587158.579397.271276.763100.557953.2钢筋砼费用（￥）735805.7674399.32611458.86546524.3507781.3481392.88453783.18425984.1408483.28单向板（覆土）无梁楼盖（覆土+消防车）加腋大板（覆土+消防车）单向板（覆土+消防车）无梁楼盖（覆土）加腋大板（覆土）五，计算结果对比曲线：根据以上统计数据，对混凝土，钢筋用量，以及总用量分别绘出以下对比表：消防车+覆土荷载下混凝土用量对比表0100200300400500600700800900荷载（恒，活）kN/㎡混凝土用量m³无梁楼盖加腋大板单向板45,20(35)33,20(35)22,20(35)14,20(35)5,20(35)40,20(35)27,20(35)18,20(35)9,20(35)（表一）（表二）消防车+覆土荷载下钢筋用量对比表020000400006000080000100000120000140000160000180000200000荷载（恒，活）kN/㎡钢筋用量kg无梁楼盖加腋大板单向板45,20(35)33,20(35)22,20(35)14,20(35)5,20(35)40,20(35)27,20(35)18,20(35)9,20(35)消防车+覆土荷载下钢筋混凝土费用对比表01000002000003000004000005000006000007000008000009000001000000荷载（恒，活）kN/㎡钢筋混凝土费用元无梁楼盖加腋大板单向板45,20(35)33,20(35)22,20(35)14,20(35)5,20(35)40,20(35)27,20(35)18,20(35)9,20(35)（表三）覆土荷载下混凝土用量对比表580590600610620630640650660670荷载（恒，活）kN/㎡混凝土用量m³无梁楼盖加腋大板单向板45,540,533,527,522,518,514,59,55,5（表四）覆土荷载下钢筋用量对比表020000400006000080000100000120000140000160000180000荷载（恒，活）kN/㎡钢筋用量kg无梁楼盖加腋大板单向板45,540,533,527,522,518,514,59,55,5（表五）覆土荷载下钢筋混凝土费用对比表0100000200000300000400000500000600000700000800000荷载（恒，活）kN/㎡钢筋混凝土费用元无梁楼盖加腋大板单向板45,540,533,527,522,518,514,59,55,5（表六）六，结果分析：1.乍看表一，表四，会给人造成错觉，无梁楼盖，加腋大板所用混凝土方量远远超出单向板，所以认为无梁楼盖，加腋大板均不经济。但我们再看表三，表六发现：无论有无消防车，在覆土荷载≥1.5m的情况下，加腋大板，无梁楼盖钢筋混凝土总费用都小于单向板。荷载越大，差异越大，加腋板优势更突出。如：在有消防车，1.5常规覆土的情况下，加腋大板有明显的经济优越性（钢砼价格较单向板低62元/㎡），无梁楼盖次之（钢砼价格较单向板低39元/㎡）；分析其原因，虽然梁板结构结构中板的配筋较无梁时少，但主，次梁的纵筋配置比较大，并且需要大量箍筋，从表二的钢筋用量就能说明，而无梁楼盖，不需要箍筋。另外按单向板考虑消防车荷载时，取35kN/㎡，要大于大跨度大板的取值。2.看表六，在仅有覆土荷载的情况下，加腋大板的经济性较好。（1.5m覆土时，钢砼价格较无梁楼盖低22元/㎡）；单向板与无梁楼盖相差不大（钢砼价格较无梁楼盖低5元/㎡）。但当覆土厚度小于0.8m时，单向板总费用要小于两者，表现出较好的经济性。分析其原因，当荷载比较小时，单向板结构中主次梁的纵向配筋均不大，加上板配筋以及总混凝土用量均要小些。3.综合看表三，表六，可以发现在覆土荷载比较大以及有消防车的情况下，加腋大板均有明显的经济优势，无梁楼盖次之，单向板最差。4.在考虑建设成本的时候，除了以上图表给出的信息之外,还需考虑各类型梁板结构的自身特点，根据建筑功能以及其他要求综合考虑而定。比如：加腋大板支模工作稍复杂，部分施工单位未曾做过；单向板做法常规，施工方便，但主梁高度过高，势必要提高层高才能满足设备走管等要求；无梁楼盖具有层高低，支模方便，挖方量少等优点，但在大柱网下经济性表现没有加腋大板好，无梁楼盖结构的经济性在小跨度时表现更为突出，6mX6m的柱网更能展现其经济性优势。七，小结：本文以上分析统计均是按理论计算而得出，其目的通过详细计算分析比较，得出在不同大小荷载作用下何种地下车库顶盖的结构形式更加具有经济性。此次仅对占费用比重最大的两项作比较，未考虑实际施工时土方量，模板，降水等费用，虽然不能准确的测算实际工程中的建设费用，但可根据材料的实时市场价绘制经济性变化曲线，通过图表反应的变化趋势，各种顶盖形式材料成本的优劣关系一目了然，这是建设方很愿意接受的；也可以给设计者一些参考，更好的理解这几类结构形式的经济性趋势。