地下室頂板:結構優(yōu)化的設計與應用
- 時間:2020-12-15
- 作者:同辰建筑
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在目前房地產開發(fā)項目中,住宅小區(qū)所占比重最大,而地下停車庫是住宅小區(qū)必備的附屬功能。在國家大力推展綠色經濟的今天,一個高品質的地下車庫,不僅要能夠實現建筑需要的功能需求,更要具有良好的成本經濟性......
因此,本文關于地下室頂板經濟性的介紹與分析,不僅有助于我們了解影響頂板體系建造成本的幾大因素,更有助于在實際工程實施中對建造成本的有效控制。
01、不同頂板結構體系介紹
Part 1、主次梁結構
主次梁結構為傳統(tǒng)的頂板結構體系,根據次梁的布置情況可分為單次梁結構,雙次梁結構,十字梁結構,艸字梁結構,井字梁結構。
Part 2、大板結構
大板結構根據結構算法不同及是否加腋分為:大板結構(傳統(tǒng)算法)、大板結構(有限元算法)。
加腋大板結構(有限元算法),如下:
Part 3、無梁樓蓋結構
顧名思義,無梁樓蓋結構即頂板體系為無梁結構,豎向荷載全部由頂板承擔。
02、為什么要重點控制頂板
在整個小區(qū)建造系統(tǒng)中,地下室往往由于其位置的重要性,如作為上部結構基礎,抵抗側土壓力,水浮力及小區(qū)路面荷載等,在成本投資上占有較大比重。
而地下室頂板體系作為地下室結構的重要組成部分,其建造成本約占地下室整體建造成本的40%~50%,因此地下室頂板體系成本控制是地下室成本控制的重中之重。
小區(qū)地下室頂板需承托小區(qū)綠化,因此頂板厚度一般較大,常規(guī)不小于160厚,部分地區(qū)要求不小于250厚,根據項目中柱網的大小不同會有不同程度的上浮,如此厚重的頂板其經濟成本可見一斑,當不能根據項目情況恰當選擇結構體系而做到材盡其力時,很容易造成材料浪費,成本控制失衡。
某項目地下室各部分鋼筋含量:
某項目地下室各部分混凝土含量:
03、影響頂板性價比的因素及解決方法
結構設計經濟,就是結構設計做到材盡其用 -- 建筑結構的構件能對結構安全出力,出最大的力。因此,要想得到經濟的設計,就必須關注結構構件“抗力”的有效性,效率低的構件占用材料用量。增加結構自重,不僅不出力,反而會成為成本的累贅。
結合規(guī)范要求,經濟的頂板體系的選擇一般與如下幾個因素有關:
Part 1、頂板厚度
不同的頂板厚度可匹配不同的頂板結構體系,板厚越厚,其平面外剛度越大,在體系中可承擔的荷載就越大。當板厚達到一定厚度,如不小于250厚時,不應忽略板的作用,應考慮樓板與梁變形協調,共同承擔上部荷載??蓪崿F上述要求的典型樓板體系為《無梁樓蓋結構》、《加腋大板結構》、《大板結構-有限元算法》。
Part 2、柱網尺寸
一般,大柱網地庫空間較開闊,典型柱跨內覆土荷載較大,各種結構體系都可作為備選方案。然而,對于小柱網地庫,由于跨度較小,加腋之間或柱帽之間尺寸過小,現場施工難度大。
綜合考慮,加腋大板及無梁樓蓋方案不盡為最優(yōu)方案,可考慮采用大板方案(有限元算法)作為優(yōu)選方案。
Part 3、層高
當由于項目綜合因素,地下室層高要求較低時。無梁樓蓋結構、加腋大板結構、大板結構(有限元算法)由于充分考慮了板的承載力,梁截面高度可有一定程度的降低,可優(yōu)先考慮。
【3.1】基本情況:
某小區(qū)地下車庫,典型柱網尺寸為大柱網,頂板覆土1.5m,無人防,地下室成本指標超標。
【3.1.1】工程概況:
柱網尺寸:8.4*8.4
頂板覆土:1.5m
頂板厚:300厚
頂板結構體系:大板結構(傳統(tǒng)算法)
【3.1.2】原設計方案及估算:
原頂板體系為300厚大板結構(傳統(tǒng)算法)方案。
成本造價如下:
【3.2】偏差分析:
原大板結構方案雖能滿足結構計算要求,但從結構受力角度:
此方案未能有效發(fā)揮300厚樓板的承載潛力,忽略了樓板平面外的剛度,導致豎向荷載最終全部由框架梁來承擔,進而導致梁配筋偏大;
由于柱網尺寸較大,覆土較厚,導致樓板彎矩非常大,而板的面外剛度又非常?。▌偠扰c高度的三次方成正比)。為抵抗如此大的彎矩,只能通過加大樓板配筋的方式來解決,最終導致樓板配筋量失衡。
【3.3】方案優(yōu)化:
【3.3.1】優(yōu)化過程簡述:
根據地區(qū)規(guī)定,地下室頂板板厚不小于250。此種情況不應忽略樓板面外剛度及與梁共同承擔荷載的潛力,應優(yōu)先考慮能夠發(fā)揮樓板與梁變形協調的結構體系,其次應考慮減小樓板跨度。使樓板彎矩與配筋達到經濟性上的平衡,根據上述分析,《加腋大板結構》、《雙次梁結構》應為首選。
結構體系優(yōu)化方案:
優(yōu)化前后的工程造價對比(加腋大板 結構—— 大板結構),如下表:
優(yōu)化后的工程造價明細如下表:
鋼筋為5500元/噸,混凝土為500元/m3,模板為65元/m2。
優(yōu)化前后的工程造價對比(雙次梁結構——大板結構),如下表:
下表是優(yōu)化后的工程造價明細表:
【3.3.2】優(yōu)化結果:
經與設計及三審溝通,本項目樓蓋體系最終確定采用加腋大板結構。
優(yōu)化后樓蓋體系總價5247萬元,每平米造價為477元/m。較原方案節(jié)約了627萬元,優(yōu)化率11.95%,成本控制在目標成本范圍內。
如下表:
04、經驗教訓總結
同樣的建筑功能可通過不同的結構體系實現,然而不同的結構體系所代表的經濟性不同,通常在保證結構安全的情況下,凡能夠充分利用材料抗力的體系就為最優(yōu)結構體系。
通過本案例可知,在充分利用材料抗力方面,《加腋大板結構》 優(yōu)于 《雙次梁結構》 優(yōu)于 《大板結構》,當業(yè)主對不同結構體系經濟性尚無清晰概念時,建議通過不同體系的經濟性對比給出更直觀的數據支撐。