杨丹1 刘钝1
（1 中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014）
摘要：一般的建筑项目地下部分的含钢量、混凝土用量均较大，地下室的建设成本往往占到项目总土建成本的30%~50%[1]，保证地下建筑的经济性是控制工程总造价的有效途径之一。本文从楼盖形式选取、荷载取值、材料选择、承载能力极限状态与正常使用极限状态设计和配筋方式等方面对影响地下室成本的诸多因素进行分析,提出了地下室结构设计成本控制的方法。
关键词:地下室结构设计，成本控制
引言
地下建筑作为上部结构的基础和嵌固端[2]，同时要保证建筑功能和防空救灾的需求，其重要性不言而喻。受地下室层数、地下水位、是否设置人防地下室、覆土层厚度以及消防车荷载等情况的影响，地下室结构的设计含钢量相差较大，往往不具备可比性。然而我们可就各种影响因素，定性探讨地下建筑在保证结构安全和使用功能的前提下的经济指标控制措施。
1 顶板楼盖形式选取
楼盖形式是影响地下室造价的重要因素之一，常用的顶板楼盖形式有大板、十字梁、井字梁和无梁楼盖等，在选取时应遵循“最小板厚”原则，减小荷载的同时有效降低地下室层高。当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，主楼及相关范围内无法采用无梁楼盖体系[2], [3]，且由于防水规范的要求，顶板板厚不得小于250mm，次梁的增加会导致楼板强度富余过大，经济性大幅下降，在这种情况下采用框架梁大板体系是经济合理的选择。对于其他情况则可根据表1中分析的各楼盖优缺点，结合实际工程情况综合比较后选择。
表格 1 常见楼盖体系优缺点
2 荷载取值
坚持控制荷载，降低设计成本的原则。覆土厚度应根据建筑功能、设备管线、景观设计、结构抗浮设计等因素确定，局部区域可通过抬板来保证地下室净高，尽量减小覆土厚度。确定顶板荷载时，根据总图规划中车道分布情况来确定需考虑消防车荷载的板跨范围，其余范围可考虑4~5kN/m2的活载[4] JGJ3—2010 高层建筑结构技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．，无需将活载全部提高。同时可根据规范要求，考虑覆土厚度对消防车荷载的影响进行荷载折减。在进行相关构件设计时，构件的裂缝、挠度验算以及基础设计可不考虑消防车荷载工况。在进行地下室外墙设计时，主要考虑侧向水土压力和地面堆载作用，水平地震作用产生的内力值可忽略不计。
3 材料选择
结构配筋由计算配筋、最小配筋率、构造钢筋等方面来确定。现以2015年7月武汉地区钢筋价格来分析各种钢筋的性价比（表2）。由表中数据可知，各等级钢筋价格相差不大，高等级钢筋的价格强度之比最低，性价比最高，因此在由计算配筋控制配筋量的情况下，应优先采取性价比更高的一级钢或者HRB500级钢筋。构造钢筋主要有分布筋、构造腰筋、架立筋、与承重墙垂直的钢筋、板角的附加钢筋等多种存在形式，当结构按构造配筋，规范对钢筋强度无明确规定时，则可使用强度较低的钢筋，保证维护拉结作用即可。当结构按最小配筋率确定钢筋用量时，可根据工程实际情况综合考虑钢筋用量和材料价格后再做选择。表3中列出了规范对于梁板结构在不同抗震等级下的最小配筋率，由表中数据可知，对于板配筋而言，0.15%的最小配筋率要求很容易满足，无需采用过高强度的材料；对于抗震梁而言，采用HRB400级钢筋可使两个限值非常接近，这意味着材料能充分发挥强度并满足构造要求。而HRB335级钢筋强度偏低，所需钢筋量最多，HRB500级钢筋则无法充分发挥材料强度，两者性价比相对较差。同理，柱配筋也可根据抗震等级、轴压比、体积配箍率等要求来确定最经济的钢筋和混凝土等级。
表格2 钢筋的价格和对应强度
表格3 梁、板纵筋最小配筋率（%）
4 承载能力极限状态与正常使用极限状态设计
当承载能力极限状态和正常使用极限状态所需的结构状态趋于一致时，即为结构最优化的状态。在实际结构设计中，应尽量使强度计算和裂缝计算所需钢筋量相等。地下室顶板在覆土和一般活载作用下，裂缝计算通常起控制作用；考虑消防车荷载作用时，强度计算和裂缝计算所需钢筋相差不大。对于地下室外墙而言，裂缝计算通常起控制作用。现有一单层地下车库，采用无梁楼盖，层高4m，上有覆土厚1m。外墙厚350mm，混凝土强度等级C35，钢筋采用HRB400，地基土为砂土，抗浮设计水位及计算水压水位为覆土面标高。取主动土压力系数为0.7，砂土浮重度为11kN/m2，并考虑10kN/m2的地面堆载，按水土分算的原则计算，简图如图1所示。通过表4中计算结果可知：按照一类环境控制裂缝时，裂缝计算所需钢筋量与强度计算所需钢筋量相差不大，可按强度计算值直接配筋；按照其他类环境控制裂缝时，需将强度计算值放大1.20~1.35左右才能满足裂缝限值要求。保护层厚度的大小对截面有效高度的影响不可忽视，不同的保护层厚度取值可能会导致钢筋直径出现一到两个级差。地下室梁板和外墙等构件均与水或土壤直接接触，环境类别较为恶劣，应根据规范划分的环境类别保守选取保护层厚度，保证结构耐久性。同时，可通过提高结构刚度、增设抗变形钢筋、使用补偿收缩混凝土、设置后浇带等构造措施防止结构开裂。
图1 地下室外墙计算简图
表格4 地下室外墙所需墙身钢筋面积（强度计算/裂缝计算）/mm2
5 配筋方式
坚持精细化，最优化原则。地下室顶板宜采用“通长钢筋+附加支座筋”的配筋方式，分布筋采用三级钢，保证最小配筋率的情况下尽量降低造价。梁配筋可采用“通长角筋（大直径）+通长架立筋+附加支座筋”的配筋方式，支座处可选用与跨中不同直径的通长筋，两者再采用搭接、机械连接或焊接的方式连接。梁端配置多排钢筋时应兼顾施工便利和抗力最大两方面，合理布置每排钢筋根数。梁底配置多排钢筋时，可使部分钢筋不伸入支座，节省钢筋之余也能避免节点处钢筋过密，保证节点混凝土浇捣质量。在配置箍筋时，箍筋间距可以10mm或5mm为模数来取值，纵向构造钢筋采用较低等级钢材。地下室外墙配筋时，一般简化为底部嵌固、顶部铰接或悬臂的单跨梁力学模型。若考虑两侧翼墙的作用，也可简化为双向板力学模型，选择合适的四边支座条件进行计算。在满足裂缝要求的前提下，外墙配筋也可采取长短筋结合的配筋形式，竖向钢筋采用贯通筋和非贯通筋间隔布置，根据受力特点控制非贯通钢筋的长度，保证结构受力合理性，控制含钢量。
结束语
在保证结构安全可靠的条件下，选择经济合理、易于施工的结构布置方案和精细化配筋方式可最大程度的保证施工进度和工程质量，降低建设成本。然而，影响地下室经济性指标的因素较多，地下工程情况复杂，在实际工程设计中仍应具体情况具体分析。
参考文献
[1] 汪梅,吴炯. 地下[3] GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．
[2] GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．
[3] JGJ3—2010 高层建筑结构技术规程［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2010．
[4] GB 50009—2012 建筑结构荷载规范［S］．北京: 中国建筑工业出版社, 2012．