地下室顶板结构优化与比选

0 1

不同顶板结构体系介绍

Part 1

主次梁结构

主次梁结构为传统的顶板结构体系，根据次梁的布置情况可分为单次梁结构，双次梁结构，十字梁结构，艹字梁结构，井字梁结构。 

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Part 2

大板结构

大板结构根据结构算法不同及是否加腋分为：大板结构（传统算法）、大板结构（有限元算法）。

加腋大板结构（有限元算法），如下：

Part 3

无梁楼盖结构

顾名思义，无梁楼盖结构即顶板体系为无梁结构，竖向荷载全部由顶板承担。

02

为什么要重点控制顶板

在整个小区建造系统中，地下室往往由于其位置的重要性，如作为上部结构基础，抵抗侧土压力，水浮力及小区路面荷载等，在成本投资上占有较大比重。

而地下室顶板体系作为地下室结构的重要组成部分，其建造成本约占地下室整体建造成本的40%~50%，因此地下室顶板体系成本控制是地下室成本控制的重中之重。

小区地下室顶板需承托小区绿化，因此顶板厚度一般较大，常规不小于160厚，部分地区要求不小于250厚，根据项目中柱网的大小不同会有不同程度的上浮，如此厚重的顶板其经济成本可见一斑，当不能根据项目情况恰当选择结构体系而做到材尽其力时，很容易造成材料浪费，成本控制失衡。

某项目地下室各部分钢筋含量

某项目地下室各部分混凝土含量

03

影响顶板性价比的因素及解决方法

结构设计经济，就是结构设计做到材尽其用 -- 建筑结构的构件能对结构安全出力，出最大的力。因此，要想得到经济的设计，就必须关注结构构件“抗力”的有效性，效率低的构件占用材料用量。增加结构自重，不仅不出力，反而会成为成本的累赘。

结合规范要求，经济的顶板体系的选择一般与如下几个因素有关：

Part 1

顶板厚度

不同的顶板厚度可匹配不同的顶板结构体系，板厚越厚，其平面外刚度越大，在体系中可承担的荷载就越大。当板厚达到一定厚度，如不小于250厚时，不应忽略板的作用，应考虑楼板与梁变形协调，共同承担上部荷载。可实现上述要求的典型楼板体系为《无梁楼盖结构》、《加腋大板结构》、《大板结构-有限元算法》。

Part 2

柱网尺寸

一般，大柱网地库空间较开阔，典型柱跨内覆土荷载较大，各种结构体系都可作为备选方案。然而，对于小柱网地库，由于跨度较小，加腋之间或柱帽之间尺寸过小，现场施工难度大。

综合考虑，加腋大板及无梁楼盖方案不尽为最优方案，可考虑采用大板方案（有限元算法）作为优选方案。

Part 3

层高

当由于项目综合因素，地下室层高要求较低时。无梁楼盖结构、加腋大板结构、大板结构（有限元算法）由于充分考虑了板的承载力，梁截面高度可有一定程度的降低，可优先考虑。

【3.1】基本情况：

某小区地下车库，典型柱网尺寸为大柱网，顶板覆土1.5m,无人防，地下室成本指标超标。

【3.1.1】工程概况：

柱网尺寸：8.4*8.4

顶板覆土：1.5m

顶板厚：300厚

顶板结构体系：大板结构（传统算法）

 【3.1.2】原设计方案及估算：

原顶板体系为300厚大板结构（传统算法）方案。

成本造价如下：

【3.2】偏差分析：

原大板结构方案虽能满足结构计算要求，但从结构受力角度：

1. 此方案未能有效发挥300厚楼板的承载潜力，忽略了楼板平面外的刚度，导致竖向荷载最终全部由框架梁来承担，进而导致梁配筋偏大；

2. 由于柱网尺寸较大，覆土较厚，导致楼板弯矩非常大，而板的面外刚度又非常小（刚度与高度的三次方成正比）。为抵抗如此大的弯矩，只能通过加大楼板配筋的方式来解决，最终导致楼板配筋量失衡。

【3.3】方案优化：

【3.3.1】优化过程简述：

根据地区规定，地下室顶板板厚不小于250。此种情况不应忽略楼板面外刚度及与梁共同承担荷载的潜力，应优先考虑能够发挥楼板与梁变形协调的结构体系，其次应考虑减小楼板跨度。使楼板弯矩与配筋达到经济性上的平衡，根据上述分析，《加腋大板结构》、《双次梁结构》应为首选。

结构体系优化方案：

  

优化前后的工程造价对比（加腋大板 结构—— 大板结构），如下表：

优化后的工程造价明细如下表：

钢筋为5500元/吨，混凝土为500元/m3，模板为65元/m2。

优化前后的工程造价对比（双次梁结构——大板结构），如下表：

下表是优化后的工程造价明细表：

【3.3.2】优化结果：

经与设计及三审沟通，本项目楼盖体系最终确定采用加腋大板结构。

优化后楼盖体系总价5247万元，每平米造价为477元/m。较原方案节约了627万元，优化率11.95%，成本控制在目标成本范围内。

如下表：

04

经验教训总结

同样的建筑功能可通过不同的结构体系实现，然而不同的结构体系所代表的经济性不同，通常在保证结构安全的情况下，凡能够充分利用材料抗力的体系就为最优结构体系。

通过本案例可知，在充分利用材料抗力方面，《加腋大板结构》 优于 《双次梁结构》 优于 《大板结构》,当业主对不同结构体系经济性尚无清晰概念时，建议通过不同体系的经济性对比给出更直观的数据支撑。

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