1、地下室顶板结构多种方案的经济性研究【摘 要】地下室顶板结构形式多样，常见的有井字梁顶板方案、十字梁顶板方案、无梁顶板方案以及加腋梁板方案等。本文针对这四种顶板结构方案的经济性展开研究，通过认真的分析、对比，发现无梁顶板方案以及加腋梁板方案在单位面积造价方面优于井字梁顶板方案和十字梁顶板方案，且在使用性能、耐久性、外观形象及节约施工时间方面也具有一定的优势，因而更具推广价值。1 【关键词】地下室；顶板结构；方案；经济性 设计地下室顶板结构时，要充分考虑以下两个因素：一、载荷。地下室位于建筑的底部，因而顶板结构不可避免地要承受来自上层建筑的较大载荷，进一步表现为在顶板厚度方面及材料选用方面有着较高
2、的要求；二、层高。地下室顶板结构若采用普通梁板结构，再考虑到设备管道占用空间问题，其层高一般难以符合建筑设计要求。本文将针对井字梁顶板方案、十字梁顶板方案、无梁顶板方案以及加腋梁板方案的经济性展开研究，并用数据对比的方法，找出他们各自的优势与劣势。 地下室顶板结构方案比选时应考虑以下基本原则：能够最大程度发挥出结构构件的承载力，土方开挖工程量要尽可能小，单位工程造价要尽量低，施工周期较短而且施工方便。2 1.计算原则 计算原则如下：一、参考建材市场价格，对混凝土和钢筋进行如下定价：混凝土450 元/m?；钢筋5000 元/t。同时选取 6 跨展开分析、对比；二、通过 PKPM 中的“PMCAD
3、” 、 “梁柱施工图”两大模块完成梁板配筋以及混凝土的一系列测算。然后通过人工的方式，根据测算结果确定配筋及混凝土的选用，如果测算出钢筋直径超过 16mm，那么采用三级钢。楼板厚度定为 250mm；三、上述测算、实际施工图测算之间必然存在一定的出入，但一般情况下能够满足这四种常见方案比选的需要。 2.计算方法 井字梁顶板结构、十字梁顶板结构利用 SATWE 进行计算。SATWE 是一种三维组合结构有限元分析软件，是由中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部利用壳元理论针对高层结构而设计开发的。 无梁顶板结构通常利用经验系数法进行计算。该种方案只能用于规则结构的计算，不然则会产生较大的偏差，
4、而且在分析结构内力方面应该满足以下条件：一、活载荷应均匀分布，且为 3 倍静载荷以下；二、任何方向都应有 3 个以上的连续跨；三、取任意区格，区格中的长边、短边之比应控制在 1.5 以下；四、同方向最大跨度、最小跨度之比应控制在 1.2 以下；五、不规则柱网偏离柱的数值应控制在跨度的 1/10 以下。利用经验系数法计算、分析无梁顶板结构内力时，将两个方向板的总弯矩和乘以弯矩分配系数，便可得到柱上板带以及跨中板带的支座截面负弯矩值 0.50、0.17，跨中正弯矩值 0.18、0.15。X、Y 方向板的总弯矩设计值可通过下列公式求得：M0X=qly（lx-2C/3）2/8；M0y=qlx（ly-2
5、C/3）2/8。值得一提的是，M0X、M0y 可看作是均布载荷作用下，简支梁的跨中弯矩。3 一般情况下，多采用 PKPM 软件计算加腋梁板结构的整体内力。计算过程中，不可以从板面载荷直接导入梁载荷。在 PKPM 软件中，加腋梁是不可以直接输入的，因而将一段梁划分成三个部分输入，至于加腋部分可以按照直线转换成截面的方式输入。若把板面载荷直接导入梁载荷，那么将会造成梁在计算内力时出现结构内力偏小的问题，容易埋下安全隐患。应该把梁所承担的实际载荷以分段的方式导入各段梁上。柱间三段梁和柱间一段梁在弯矩总值方面应该十分接近。 3.计算模型 选择 8.1m8.1m 柱网尺寸，覆土厚度取值 1.2m，容重取
6、值1.8104kN/m3，恒载=自身重量+21.6kN/m3，活载=5kN/m3，比选区建筑面积共计 2362?（48.6m48.6m） ，梁板钢筋均为二级钢（依测算结果选用）：一、井字形顶板结构。主梁截面尺寸为 500mm1000mm，次梁截面尺寸为 250mm700mm，板的厚度为 250mm；二、十字形顶板结构。主梁截面尺寸为 500mm1000mm，次梁截面尺寸为 250mm 700mm，板的厚度为 250mm；三、无梁顶板结构。柱帽尺寸为 2200mm2200mm，板的厚度为 400mm，钢筋布置图如图 1 所示（未对 Y 方向钢筋做标示） ；四、加腋梁板结构。主梁截面尺寸为 600
7、mm700mm，梁加腋尺寸为900mm300mm，跨中板厚度、支座加腋端部板厚度分别为200mm、400mm。板面钢筋的施工应用了通长面筋、局部短筋两种形式。加腋梁结构、加腋板结构分别如图 2、图 3 所示。4 4.计算结果 四种方案各项数据及计算结果如表 1 所示。 5.四种方案综合比选 对四种方案进行经济分析，发现在 1.2m-1.5m 覆土载荷以及标准柱网（8.1m 8.1m）这两种条件下，无梁顶板结构与加腋梁板结构的经济性好于其他两种。5 无梁顶板结构与加腋梁板结构在加大地下室净高方面效果明显，且能够减小埋深。两种方案中构件承载力均能得以最大程度的发挥。加腋梁梁端在负筋方面远远小于普通
8、梁，综合配筋较为经济。 无梁顶板结构与加腋梁板结构不需要进行大量的主、次梁模板安装以及钢筋的捆扎，极大降低了土方开挖工程量，保证施工质量的同时，也有效加快了施工进度。 无梁顶板结构与加腋梁板结构不仅具有良好的外观形象，而且便于通风以及水电消防管道的施工。 无梁顶板结构与加腋梁板结构在经济方面的差别并不明显。如果采用加腋梁板结构，则能够较好满足高规“顶板嵌固”的一系列要求，从而利用规范构最大程度地构造出要求的截面以及配筋所能提供的最佳承载力。6 若采用预应力无梁顶板结构，预应力混凝土结构自身具有极佳的防裂性，可以大幅度提高该结构的自防水性能。自防水是该种结构防水措施中的首要环节。因为自防水的功能
9、的存在，该结构在防水设计时，可以根据需要减少一道附加防水层，与此同时也有效解决了一般结构不能很好处理温度裂缝的问题。7 6.结语 在当今的地下室顶板结构方案中，无梁顶板结构与加腋梁板结构已经发展成为一种主流，和传统的主次梁顶板结构相较而言，具有如下优势：一、在混凝土用量、钢筋用量、防水保温以及基坑降水等方面，无梁顶板结构与加腋梁板结构能够明显节约成本；二、地下室，尤其是面积较大的地下室，采用预应力技术可以较好地防治裂缝问题，保证其使用性能，提高其耐久性；三、无梁顶板结构与加腋梁结构不仅具有良好的外观形象，而且便于通风以及水电消防管道的施工，能够有效缩短工期。综上所述，无梁顶板方案和无腋梁板方案
10、因其明显的经济效益与社会效益，值得推广。值得注意的是，顶板做为嵌固端时不宜采用无梁顶板方案。 参考文献： 1徐建明. 地下室顶板结构多种方案的经济性分析J. 工程建设与设计. 2012（01）. 2刘永江，李玉华，韩琪. 地下室顶板结构方案选型探讨J. 建设科技. 2012（12）. 3李岩，段显恺. 某工程地下室顶板结构方案优选与经济性分析J.山西建筑. 2011（15）. 4李小健. 几种地下室顶板结构形式的技术经济比较分析J. 黑龙江科技信息. 2011（15）. 5周文. 成都某项目多层区地下室顶板结构方案的技术分析J. 科技风. 2010（04）. 6徐晓红，刘国光，徐有华. 某地下室的结构优化设计及经济性比较J. 浙江建筑. 2011（05）. 7段媛. 现浇混凝土空心楼盖与常见楼盖之间的比较J. 山西建筑. 2010，36（1）.
