某住宅小區(qū)地下室頂板結(jié)構(gòu)方案選型及分析

【摘要】地下室頂板設(shè)計(jì)中，不同的結(jié)構(gòu)方案比選時，對消防車荷載采用不同的折減系數(shù)。板在消防車荷載下采用塑性設(shè)計(jì)。通過實(shí)例分析可知，一般的住宅小區(qū)采用常規(guī)矩形柱網(wǎng)時，頂板選擇主梁加大板方案具有明顯的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】消防車荷載；頂板結(jié)構(gòu)方案；主梁加大板

1、工程概況

某住宅小區(qū)，位于浙江省杭州市。地上有6棟高層單體，地下為一層大底盤地下室（主樓下局部設(shè)夾層），地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)嵌固端，總建筑面積約7.50萬m2。高層為22～25層，結(jié)構(gòu)高度63.80～70.20米，功能為住宅。高層之間局部設(shè)一層裙房商鋪。地下室平面尺寸約為120.mx150.0m，總面積1.70萬m2，層高為4.700米。地下室設(shè)置雙層機(jī)械停車位，設(shè)備區(qū)域等。地下室采用框架結(jié)構(gòu)，高層住宅采用剪力墻結(jié)構(gòu)或者框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級二級，抗震設(shè)防烈度 6°，場地類別 Ⅲ 類，地震分組第一組，設(shè)防類別為丙類。基本風(fēng)壓0.45kN/m2。建筑平面見圖1。

圖1 建筑平面

2、頂板結(jié)構(gòu)方案及荷載

2.1結(jié)構(gòu)布置方案

地下室主要柱網(wǎng)尺寸為8.40x6.60米。小區(qū)為拆遷安置房，頂板平均覆土1.5米，中部設(shè)小型車停車場，局部設(shè)小型花壇，其它為景觀草坪。消防車通道環(huán)繞各主樓。因無法設(shè)置消防車限行措施，整個頂板均考慮為消防車作業(yè)區(qū)域。考慮機(jī)械停車位的凈高要求，梁截面高度最大為1米。依據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，頂板最小厚度取250mm。本著結(jié)構(gòu)性能良好，經(jīng)濟(jì)合理，施工方便的原則，提出了以下三種頂板方案：a.十字交叉梁，主梁尺寸500x1000，次梁300x950，板厚250。b.單向單次梁，主梁尺寸550x1000，次梁350x950，板厚250。c.主梁加大板，主梁尺寸400x1000，300x900，板厚280。

2.2頂板荷載計(jì)算

取柱網(wǎng)8.40x6.60米研究。恒荷載計(jì)算時考慮路面面層做法及板底懸掛荷載，近似將土自重取為20，即恒荷載：1.5x20=30kN/m2。平時活載：5 kN/m2。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》5.1.3條，應(yīng)考慮覆土對消防車荷載的折減。折算覆土厚度s'=1.43stanθ。θ取為35°。則s'=1.43x1.5xtan35°=1.5米。根據(jù)附錄B表B.0.1（2），按照跨度及折算覆土厚度線性插值，得到各方案考慮覆土的折減系數(shù)：a方案：0.826；b方案：0.803；c方案：1.00。

當(dāng)雙向板板跨介于3～6米之間時，消防車等效均布活荷載按跨度線性插值確定。規(guī)范中僅給出正方形雙向板的等效均布活荷載。本項(xiàng)目雙向板為矩形，可按短邊和長邊邊長分別確定相應(yīng)數(shù)值，并取其平均值作為矩形雙向板的等效均布活荷載。按此原則，根據(jù)荷載規(guī)范5.1.1，5.1.2條得到各方案計(jì)算各構(gòu)件時消防車活荷載取值如下：

（1）計(jì)算板，a：0.826x31.25=25.82kN/m2；b：0.803x35=28.11kN/m2；c：1.0x20=20.0kN/m2；消防車荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)為0，在板設(shè)計(jì)時，平時荷載下彈性計(jì)算并控制裂縫不大于0.3，消防車荷載下塑性設(shè)計(jì)，僅做強(qiáng)度驗(yàn)算，最終板的配筋按兩種計(jì)算的結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)。

（2）計(jì)算次梁，a：0.826x31.25x0.8=20.65kN/m2；b：0.803x35x0.8=22.49 kN/m2。

（3）計(jì)算主梁，a：0.826x31.25x0.8=20.65kN/m2；b：0.803x35x0.6=16.86kN/m2；c：1.0x20x0.8=16.0kN/m2。

3、頂板結(jié)構(gòu)方案分析

按上述荷載，采用pkpm2010V1.3版程序分別計(jì)算。計(jì)算參數(shù)：框架結(jié)構(gòu)，四級抗震，混凝土C35，鋼筋HRB400，自動計(jì)算樓蓋自重。根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行施工圖配筋見圖2～圖4。

圖2 a方案：十字交叉梁配筋結(jié)果

圖3 b方案：單向單次梁配筋結(jié)果

圖4 c方案：主梁加大板配筋結(jié)果

3.1內(nèi)力分析

a和b方案樓蓋中，次梁在主梁的跨中施加了一個較大的集中力，導(dǎo)致主梁在這里產(chǎn)生了較大的彎矩峰值，主梁的底筋變大。對次梁，a方案十字次梁可協(xié)同受力，且梁的受荷面積較小，內(nèi)力分配較為合理；b方案則受荷面積變大，次梁彎矩急劇增加，次梁的面筋及底筋都相應(yīng)變大。c方案的主梁近似承擔(dān)均布荷載，受力均衡，無次梁帶來的集中力，彎矩值小且變化平緩。

從板來看，a方案，板內(nèi)力均勻，配筋由平時荷載下彈性控制，為構(gòu)造配筋。b為跨度較大的單向板，由消防車荷載下的強(qiáng)度控制，其配筋是以塑性設(shè)計(jì)的結(jié)果確定。c方案，充分利用了板自身的承載能力，板的跨高比23.6，厚度與配筋均十分合理，板的配筋由平時荷載下彈性控制。

3.2經(jīng)濟(jì)性分析

通過上述三種方案的比較分析可知：單位面積含鋼量，單向單次梁方案最大；十字交叉梁次之；最節(jié)省的是主梁加大板方案。單位面積混凝土含量，則是十字交叉梁方案最大；單向單次梁方案次之；最節(jié)省的也是主梁加大板方案。

本項(xiàng)目最終選擇了c方案主梁加大板作為地下室頂板方案。此方案不僅受力合理，經(jīng)濟(jì)性好，在施工方面也有相當(dāng)大的優(yōu)勢。其鋼筋綁扎簡便，模板拼裝簡單快速，施工質(zhì)量易控，進(jìn)度明顯加快。

4、結(jié)語

地下室頂板設(shè)計(jì)進(jìn)行方案比選時，依據(jù)荷載規(guī)范對消防車荷載分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。覆土厚度，消防車等效活荷載，頂板的結(jié)構(gòu)布置方案等都對設(shè)計(jì)的合理性有較大影響。結(jié)合本工程的設(shè)計(jì)實(shí)例來看，對于一般的住宅小區(qū)采用常規(guī)矩形柱網(wǎng)時，頂板選擇主梁加大板方案具有明顯的優(yōu)勢。