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地下室顶板不同梁板结构体系的经济性比较

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》4月上作者：卞方东

[导读] 地下室顶板的梁板结构体系根据梁的布置形式，一般分为按双向板布置的井字梁、十字梁、单向单道次梁、无次梁和按单向板布置的单向多道次梁（本文以单向双道次梁为例）、无梁楼盖等。

江苏龙腾工程设计股份有限公司卞方东江苏南京 210000

[摘要]地下室顶板的梁板结构体系根据梁的布置形式，一般分为按双向板布置的井字梁、十字梁、单向单道次梁、无次梁和按单向板布置的单向多道次梁（本文以单向双道次梁为例）、无梁楼盖等。当今的工程建设对经济性要求越来越高，既要结构布置合理，又要控制混凝土用量和钢筋用量，还要便于工程施工，并最终满足工程设计合理和工程造价的经济性、工程施工的方便等多赢的目的。通过控制地下室顶板在不同覆土厚度的情况下，比较上述这五种方案的经济性，为工程建设提供可行性参考。
[关键词]地下窒顶板；覆土厚度；梁板结构体系；经济性
        1．前言：
        地下室顶板上需要考虑室外综合管网、室外景观绿化等等，这就需要地下室顶板拥有足够的覆土厚度来满足各个专业的需求，故其荷载相对较大。甚至局部地下室顶板区域还需要考虑消防车荷载及人防荷载，这就使的地下室顶板荷载更大。尤其海绵城市的提出，对地下室顶板覆土提出更高的要求。选择何种类型的地下室顶板的梁板结构体系时，需要考虑以下因素：1)地下室顶板所承受的各类荷载相对较大，混凝土及钢筋用量较高；2)设备专业通常净高要求较高以及及地下室层高的局限。如今很多工程开发商项目或政府项目，对钢筋及混凝土用量提出一系列的经济性的限值。本文对按双向板布置的井字梁、十字梁、单向单道次梁、无次梁和按单向板布置的单向双道次梁结构方案，在覆土厚度分别为1.5m、1.2m、1.0m、0.8m、0.6m的情况下对钢筋及混凝土用量进行比较，为实际工程设计提供可行性参考。
        2．计算模型与计算方法
        2.1计算模型
        （1) 计算条件：①柱网形式均采用大柱网8.4m×8.4m，柱截面尺寸均为600mm×600mm，层高按3.7米考虑；②各个构件混凝土强度等级：C35；③各个构件钢筋强度等级：三级钢（HRB400）。

        （2) 计算参数：恒载分项系数为1.3，活载分项系数为1.5；以南京区域为例，抗震设防烈度为7度（0.1g），场地分组为第一组，场地类别Ⅲ类场地。上述五种结构方案均取X、Y方向连续6跨进行比较。
        （3) 截面尺寸：按井字梁、十字梁、单向单道次梁、无次梁和单向双道次梁，其梁截面和柱截面尺寸分别详见图1。
        （4) 计算荷载：覆土容重取18kN/m3，当地下室顶板覆土厚度分别为取1.5m、1.2m、1.0m、0.8m、0.6m时，地下顶板的恒载标准值取值分别为27 kN/m2、21.6 kN/m2、18 kN/m2、14.4 kN/m2、10.8 kN/m2。地下顶板的活载标准值取值均为5kN/m2。
        2.2计算方法
        上述五种方案计算采用北京盈建科软件股份有限公司开发的盈建科建筑结构计算软件YJK Structure（3.0.1）。
        3．计算结果分析比较
        3.1计算结果分析
        通过软件计算得到如下结果：按地下室顶板覆土厚度为1.5m的上述五种方案的梁配筋率约1.5%~1.8%，对比结果详见表1。
        当覆土厚度为1.2m时，上述五种方案的梁配筋率约1.2%~1.5%，对比结果详见表3。
        当覆土厚度为1.0m时，上述五种方案的梁配筋率约1.0%~1.2%，对比结果详见表3。

            当覆土厚度为0.8m时，上述五种方案的梁配筋率约0.8%~1.0%，对比结果详见表4。
        当覆土厚度为0.6m时，上述五种方案的梁配筋率约0.6%~0.8%，对比结果详见表5。
        3.2计算结果比较
        （1) 比较表1~表5可以看出，井字梁的钢筋总量均小于十字梁的钢筋总量，所以采用井字梁比十字梁的经济性较好。
        （2) 比较表1~表5同样可以看出，单向双道次梁和单向单道次梁的钢筋用量总和比双向板布置的井字梁，十字梁以及无次梁的梁板结构方案都少，由此得出单向双道次梁和单向单道次梁的经济性较好。而此两者差别较小，但单向单道次梁的混凝土用量相对较少，并考虑实际工程中次梁数量的增加会增加现场模板用量及人工量，故在实际设计过程中优选按双向板布置的单向单道次梁布置的梁板结构方案。
        （3) 比较表1~表5，井字梁和无次梁的梁高较小，对净高要求高的地库较为有利，可较好的控制层高，较少场地土方开挖，有利于场地抗浮。而在用钢量和混凝土用量上，井字梁较无次梁优势较为明显。
        4．结论：
        （1) 比较表1~表5可以得出，按单向单道次梁布置的梁板结构方案，其钢筋总量相对较省，经济性较好。同时该方案平行次梁方向的主梁，其截面尺寸和同方向次梁的截面尺寸相同，这就平行次梁方向的主梁的梁下净高得到保证，并减小该主梁的钢筋和混凝土总量降低，最终达到节省钢筋和优化结构净高的目的。
        （2) 比较表1~表5可以看出，采用井字梁比十字梁不管在钢筋用量还是混凝土用量都有一定的优势，从而满足经济性的需求。
        （3) 在地下室局部设备房有净高要求的情况下，不建议采用按单向双道次梁布置的梁板方案，其余四种方案可以混合使用，但主要采用按单向单道次梁布置的梁板结构方案，局部可以采用井字梁、十字梁或者无次梁的梁板结构方案，这样既能满足经济性要求，又能满足地下室层高限制要求。
        （4) 按单向单道次梁布置的梁板结构方案受力方向主要集中在X或Y方向，且在施工时此梁板结构方案的模板比采用井字梁和十字梁的相交区域少，钢筋重叠的区域也相对较少，这样现场钢筋的绑扎的工程量也相应减少，从而方便施工。所以按单向单道次梁布置的梁板结构方案经济性较好，同时方便工程施工，又能减少施工周期。
参考文献：
[1]混凝土结构设计规范GB50010-2010（2015版）.北京：中国建筑工业出版社，2015
[2]抗震设计规范GB50011-2010（2016版）.北京：中国建筑工业出版社，2016
[3]YJK建筑结构设计软件-模型及荷载输入用户手册.北京：北京盈建科股份有限公司，2015
[4]结构计算软件YJK-A用户手册及技术条件.北京：北京盈建科股份有限公司，2015
[5]地下室顶板不同梁板布置形式的经济性探讨.上海：城市地下空间综合开发技术交流会，2013