胡恩 贾志鹏
中铁二局集团勘测设计院有限责任公司 四川 成都 610031
摘要：地下室作为大部分建筑的必要组成，是项目投资的重大组成，而地下室结构类型较多，选择一种经济性好、安全性高的结构形式对建设方及设计院都有重要意义。本文阐述了各种地下室结构形式的特点，并进行了经济性分析比较，能对地下室结构的选型提供有价值的参考。
关键词：地下室；结构特点；成本分析；结构选型
引言
随着社会的发展，汽车的普及程度越来越高，地下车库作为解决停车难题及布置设备房间最直接有效手段成为了现有公共建筑、居住建筑的必要配套建筑组成。而地下建筑因为永久埋置于地下，面临地下水的侵蚀和较高的荷载承受要求，外部环境较为不利，如何选择一种安全性高、经济性合理的结构体系是广大建设单位面临的共同问题。
一．行业研究应用现状
国外地下车库的结构形式，除西德的圆形多层地下车库设计方案采用螺旋形楼板、圆形沉井施工方法和个别坑道式外，绝大部分地下车库采用梁板体系和板柱体系。[1]
国内地下室结构形式经过行业20年来的发展研究，主要出现了标准柱网、小柱网、大小柱网三种柱网形式，并在以上三种柱网布置下发展出井字梁、单向双梁、大板、无梁楼盖、密肋楼盖等多种结构形式。以上各种结构形式在应用上各有优劣，如何选择出一种施工便利、高安全性、高经济性的地下室结构形式就成了一个亟待解决的系统化问题。
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标准柱网 大小柱网 小柱网
二．不同地下室结构形式特点
近年来，笔者在成都地区的项目中研究分析了多种地下室结构形式，其中几种结构形式已在工程中实际应用，现将几种地下室结构形式的特点分析如下：
（一）标准柱网：标准柱网根据不同项目不同档次标准在7.8m×7.8m至8.1m×8.1m之间有不同取值，控制每个柱跨之间能垂直停放三个车位的布置方式。现以应用最多的7.8m×7.8m米柱网作为分析样本，该种柱网下具有井字梁、单向双梁、大板、加腋大板、无梁楼盖、密肋楼盖等几种主流楼盖形式。
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1.井字梁结构是过去20年中应用最广泛的地下室顶板结构形式，适用于跨度大、承载力要求高的楼盖，因此过去做标准柱网地下室顶板通常首选井字梁结构。但随着建设行业对成本控制精细化要求越来越高，井字梁的缺点也暴露出来：首先是空间占用高，地下室顶板覆土往往不小于1.2米，同时还要承受消防车荷载，导致主梁高度往往超过900mm，次梁高度也不小于700mm，这导致结构所占空间高度过大；其次，井字梁计算受力模式基于板—井字次梁—主梁—柱的模式，楼板厚度相对梁高很小，理论上对整体受力无贡献，最终导致梁配筋大，含钢量高。另外，井字梁在施工中模板用量大，措施费高也是其整体成本过高的重要因素。因此，现在众多建设单位、设计院都在探寻其它成本较低的地下室结构形式。
2.国外地下室采用板柱结构较多，板柱结构即为无梁楼盖结构，无梁楼盖是一种不设梁、楼板直接支承在柱上、楼面荷载直接通过柱子传至基础的板柱结构体系。在2010年至2018年之间国内曾较多应用，优点在于经济性好，节省层高，通常井字梁顶板结构的地下室首层层高为3.9米，采用无梁楼盖顶板后，首层层高可降低至3.3米，对减少基坑开挖、节省抗浮成本都具有很好的经济意义，同时其钢筋含量也较井字梁结构大大降低。但无梁楼盖结构的缺点也非常明显，由于无梁楼盖的破坏形式以冲切破坏为主，破坏前没有预兆，同时地下室顶板在施工过程中荷载工况及其复杂，和施工组织、现场管理、荷载控制等多重因素相关，现场往往难以有效控制，且对后期景观布置荷载限制较高。近年来，国内多次出现无梁楼盖垮塌、破坏等事故，多地政府对无梁楼盖的应用呈谨慎态度。如2020年3月31日，山东烟台住建局发布了《限制使用地下室无梁楼盖结构》的通知，明确要求新建工程地下车库覆土顶板宜采用梁板结构；福建省2018年颁布的《住宅建筑质量控制若干规定》中对无梁楼盖的构造提出了严格要求，还应在柱帽处设置附加抗冲切十字型抗剪型钢，要求柱帽80%的冲切力均由型钢承担，大大增加了无梁楼盖的造价和施工难度。其他多个地区建设主管部门虽未明确发文，但都通过审图机构、专项评审等方式限制无梁楼盖的使用，因此近两年来无梁楼盖的使用明显减少。
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南昌中骏项目无梁楼盖垮塌 中山万科项目无梁楼盖垮塌 河源市雅居乐项目无梁楼盖垮塌
3.大板结构也是梁板结构体系的一种，通过取消次梁仅保留框架梁的方式，使荷载直接通过楼板传递到主梁，该结构形式因为取消了次梁，由大跨度的楼板直接承担荷载，充分发挥了楼板的承载力，一定程度上降低了含钢量，同时模板搭设简单，减少了施工措施费，综合成本较井字梁更低。但主梁的高度并不能降低，对降低结构高度并无积极作用，同时因为跨度过大，板厚较厚，混凝土用量较高。加腋大板通过采用板周边加腋的方式，可减小楼板厚度，降低钢筋混凝土用量。
4.密肋楼盖结构是近年来出现的一种较新型的结构形式，它综合了井字梁、无梁楼盖及大板结构的特点，在井字梁的基础上大大加密次梁形成间距1m以内的肋梁，框架梁采用宽扁梁，高度和次肋梁相同，使整体的受力类似于板，同时具有自重轻、承载力高的优势，作为覆土地下室顶板，楼盖结构可控制在500mm左右，采用该楼盖结构的地下室层高可控制在3.4米左右。因该结构形式需要采用专用模板施工，而生产模板的厂家众多，标准价格较为混乱，成本控制较困难。但从其产品性能来看，如能控制好专用模板成本，应该具有较好的应用前景。
（二）小柱网及大小柱网
1.小柱网是指按每个柱跨之间放置两个车位的布置方式，一般控制柱距横向跨度5.3米，纵向跨度5.0米（车位）和6.0米（车道）。该柱网通过减小梁跨度的方式，可使梁截面及配筋相对标准柱网井字梁结构较大减小。经综合分析，其层高可控制在3.4米左右。同时，因其跨度相对较小，为充分发挥楼板承载力，一般取楼板厚度200左右，不设置次梁。也可采用密肋楼盖结构，使整体层高进一步得到控制。小柱网布置方式经济性及安全性均有很好的体现。其主要缺点在于柱网过密，如采用桩基础成本较高地区会导致基础成本较高，同时柱网过密也导致地下室视线受影响较大，整体感官较差，车位布置效率较标准柱网略低。
2.大小柱网是标准柱网和小柱网相结合的一种柱网布置方式，垂直于停车方向仍采用3车位7.8米柱距，平行停车方向按车身长度、车道宽度设置柱网，单方向减小了柱网跨度。该柱网短向跨度与小柱网相同，因此可有效减小短跨梁高，长跨方向因受荷面积减小也可减小一定梁高。该柱网布置方式结合了标准柱网和小柱网的优势，既减小了梁跨度，又不影响车位布置效率，同时柱子数量也较小柱网大大减少，是一种较优的布置方式。该结构形式在设计阶段对结构和设备的综合配合及设计管理要求较高。因大小柱网小跨梁高较低，因此设备管网应主要布置在小跨梁下，有主要管道必须局部穿越大跨梁时，如层高不能满足要求需将该梁改为宽扁梁或者将梁作上翻处理。
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三．计算分析及经济性比较
1.结构截面分析：现以成都温江地区某项目基本情况作为设计输入条件，其结构设计概况如下：
地震烈度：7度；
设计地震加速度：0.1g；
设计地震分组：三组；
地下室顶板覆土厚度1.2m；
消防车：30吨；
地下水位标高：地坪下1m；
地基承载力：280KPa；
基础形式：独立柱基+抗水板（350mm厚）。
标准跨柱网考虑无梁楼盖、加腋大板、大板、井字梁、单向梁五种楼面结构形式（因密肋楼盖模板成本较不明确，本次暂不分析该楼盖形式），大小跨柱网和小跨柱网以传统梁板结构形式进行计算。标准跨柱网考虑无梁楼盖、加腋大板、大板、井字梁、单向梁五种楼面结构形式，大小跨柱网和小跨柱网以传统梁板结构形式，选取大致相同区域面积进行结构分析计算。
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结构分析计算布置图
经计算，以上结构形式构件的优化截面尺寸详下表：
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2.车库净高分析
地下室净高不仅与结构构件截面高度有关，设备管网所占空间也是影响地下室使用空间的直接因素，设备管网包括通风管网、电气桥架、消防给水管网，其中通风管网所占高度最大，其管道高度约为450mm，安装高度50mm，总共500mm（有梁楼盖可利用梁板之间的空间作为安装空间），车位及车道上空应避免通风管出现交叉，其余电气桥架及消防给水管网所占空间在100~250mm之间。通风与电气及消防管网交叉不可避免，经优化排布，可避免同时出现三层管网交叉，有梁楼盖可利用梁板之间空间作为电气及消防管线与通风管交叉的空间。
按以上条件进行管网综合排布后，在满足地下室最小使用净高2.2米的条件下，可得出各楼盖结构形式地下室层高如下：
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由于地下室一般情况均考虑消防车荷载，故以考虑消防车荷载的层高为控制标准，根据上表分析可得层高最小为标准柱网下无梁楼盖结构形式，层高可控制到3.3m；其次为大小跨柱网和小跨柱网，层高为3.4m；
3.综合造价分析
综合成本测算按照四川省成都市区内标准，其测算费用包含方案设计内的土方、基础、柱梁板砼及钢筋、楼地面砂浆、墙面与天棚抹灰、脚手架工程等建安费用，不含安装工程。根据结构荷载分为不考虑消防车荷载和考虑消防车荷载2种荷载工况、3种柱网（标准跨柱网条件下5种楼盖形式），共14种方案进行测算编制，造价采用广联达软件(成都地区定额)计算，计算结果如下：
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结论
通过以上分析可以看出，采用小柱网+大板的楼盖结构经济性最佳，其次为标准柱网无梁楼盖结构，再次为大小柱网+大板结构，其余楼盖结构经济性相差不大。但影响地下室结构形式选择的因素是多方面的，经济性、安全性、舒适度、地方政策、基础形式等等，都会对地下室结构形式的选择造成影响。本文通过对地下室结构在三种柱网布置下的多种楼盖形式的特点进行了阐述，并进行了层高、造价的分析，得出以上结论，以期能对建设单位及设计院进行地下室结构方案选择提供依据及数据支撑。
参考文献：
[1]《国外地下车库情况综述》 黄人杰-《地下空间》1986年第1期
[2]《地下室顶板采用无梁楼盖与大板加腋选型对比》洪健-《福建建材》2016年第8期
[3]《地下室结构选型与设计优化》杨慧来 《工程建设与设计》2010年第8期
[4]《地下室结构选型与设计优化研究》洪少铨《房地产导刊》2016年第14期
[5]《地下室结构方案经济性分析》焦栋梁 张帆《建筑结构》2019年第2期