人防地下室結構布置選型對結構含鋼量影響分析

摘 要：由于越來越多的開發商對人防地下室的結構含鋼量提出了明確限制要求，通過對人防地下室結構布置選型的研究，總結不同結構布置形式對含鋼量的影響，方便人防地下室的結構設計選型。

關鍵詞：人防地下室;結構含鋼量;布置選型

通過總結平時的工作實際，以統籌統計的數學運算方式比較各類情況下的含鋼量，以簡便的推算出各含鋼量，作為項目設計結構選型的參考，避免造成浪費。

一、 人防地下室結構含鋼量的計算條件

在條件一定前提下，人防地下室含鋼量主要受建筑層高、覆土厚度、人防等級、結構方案影響。現對影響因素分別總結出常用形態：建筑層高分別取為3400mm、3800mm、4600mm和4900mm;覆土厚度分別取為無覆土、800mm、1000mm和1200mm覆土;人防等級取為核6級和常6級的疊加作用;采用框架結構，取9.0m×9.0m，8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m四種典型柱跨;頂板梁板的結構形式采用主梁大板體系、單向一道次梁、單向兩道次梁、十字交叉梁4類結構布置形式;底板的結構形式主要分為梁板式及平板式。7度設防，Ⅲ類場地，框架抗震等級三級，混凝土采用C35，鋼筋采用HRB400。通過對各計算實例進行計數統計，以含鋼量為衡量標準，最終篩選出最優方案設計依據。

二、 頂板結構形式對含鋼量的影響

人防地下室頂板與普通地下室頂板有較大的區別，主要表現在以下兩個方面：一方面，在頂板板厚方面，人防地下室頂板由于結構上的構造板厚度要求及建筑功能上的防護厚度要求，使得其厚度一般比民用地下室頂板厚度要大。另一方面，人防地下室頂板上的人防等效靜荷載較大，加之其配筋構造要求比較嚴格，即使在材料強度設計值方面有一定的提高，但仍然使得頂板上的配筋大多比民用地下室頂板大，在這樣的情況下，合理選用人防地下室頂板結構形式，對創造工程的經濟效益非常重要。

（一）柱網、荷載及各項參數的確定

本次經濟分析采用第一段所列計算條件，X，Y方向各取5跨作為計算模型進行研究進行比較，覆土容重取20kN/m2，活載取5kN/m2，人防荷載70kN/m2，框架柱取600×600mm，板厚取250～350mm。

（二）方案比選過程

本文從兩個方面確定頂板的最優結構形式，第一，在相同跨度下，不同頂板結構形式在不同覆土情況下的含鋼量對比情況;第二，在相同覆土情況下，不同頂板結構形式在不同柱跨情況下（8.4m×8.4m，8.4m×6.3m，5.6m×5.5m三種跨度）的含鋼量對比情況。

對不同覆土，相同柱跨情況下，地下室頂板不同結構形式下含鋼量結果進行圖表分析（Y向數值為結構含鋼量，單位kg/m2）結果如下。

可見在不同覆土厚度、相同柱跨的情況下，結構選型為主梁大板體系結構含鋼量均為最低。同時表中數據也體現出，對不同柱跨，相同覆土情況下，結構選型為主梁大板體系結構含鋼量也均為最低。綜合以上情況可以得出，頂板結構為梁板式樓蓋時，主梁大板體系結構為最優結構形式。下面討論地下室頂板結構形式為主梁大板體系時最佳柱跨布置方案。

根據表格分析，還可看出隨著柱跨的減小，地下室頂板的結構含鋼量顯著減小，因此，在建筑條件允許的情況下，應盡可能地采用小柱跨的結構布置形式，能大大降低地下室頂板的含鋼量。同樣，在對比柱跨8.4m×8.4m與柱跨8.4m×6.3m兩種長跨相同的柱網形式，長方形柱網（柱跨8.4m×6.3m含鋼量低于正方形柱網（柱跨8.4m×8.4m），宜優先采用長方形柱網，同樣可以有效降低地下室頂板結構含鋼量。

三、 人防地下室底板結構形式對結構含鋼量的影響

地下室底板目前常用的結構形式主要分為有梁式底板和無梁式底板，在正常的條件下無梁式底板的經濟性優于有梁式底板，而且無梁式底板施工時減少了明梁側模的開挖和施工，所以當下車庫底板的選型多選用無梁式底板，但是對于人防工程而言底板的構造配筋要求比較嚴格，一般無梁樓蓋的構造配筋率要求不小于0.3%，所以本文通過在相同條件下分別建模結合結構設計軟件PKPM-SLABCAD具體通過實際數據對比得出不同底板形式的經濟性。

（一）柱網、荷載及各項參數的確定

本次經濟分析采用和頂板相同的柱網形式及跨數進行研究，底板在有無樁基礎及具體樁的受力形式分別確定底板的人防荷載核6級取50kN/m2、25kN/m2，根據常用的抗浮水位（室外整平地面下0.5m），以及常用的地下室1200mm覆土，層高3.4m、3.8m、4.6m、4.9m分別計算出水浮力，按恒載輸入模型進行計算比較，板厚取350～500mm。

（二）樓蓋結構選型

根據當下最常用的底板形式及有梁式底板和無梁式底板進行經濟性比較。

根據經驗，梁的經濟配筋率為0.6%～1.5%，柱墩及板的經濟配筋率為0.3%～0.5%左右，經反復試算，按梁配筋率控制在1.5%左右，板的配筋率控制在0.3%左右來確定梁及板的截面尺寸。X、Y方向各取5跨作為計算模型進行研究，分別利用經驗系數法和PMCAD根據配筋結果調整計算截面，得出合適配筋結果。

（三）方案比選過程

根據第一段及設定條件，比選梁板式底板、無梁底板分別在不同層高下的含鋼量如下：

可以看出，在不同層高、相同柱跨的情況下，底板結構選型為無梁式底板時，一般結構含鋼量最低。考慮到梁板式體系的明梁在底板施工過程中需要開梁槽，底板防水等做法不方便，現場人工及材料費也較高，故同樣宜選用無梁底板體系。

同時，分析表格數據，可以看出隨著柱跨的減小，地下室底板的結構含鋼量相應減小，在建筑條件允許的情況下，應盡可能地采用小柱跨的結構布置形式，能大大降低地下室頂板的含鋼量。同樣，在不同層高下，考慮到地下室的實際使用功能，層高選擇3.8m是一個比較合理的選擇，同樣可以有效降低地下室頂板結構含鋼量。

四、 結語

通過前面的計算分析可以得出，在不同柱跨、相同覆土的情況下，人防地下室頂板為主梁大板體系、底板為無梁式底板體系時，結構含鋼量均為最低，同時柱跨的大小，柱網的形狀均對結構含鋼量存在一定影響，在滿足建筑功能的情況下，確定柱跨大小時，宜優先選用小柱跨;在柱跨相同的情況下，宜優先選擇長方形柱網。本文通過對人防地下室結構布置選型的研究，總結了人防地下室不同結構布置形式對含鋼量的影響，對人防地下室的設計有一定的借鑒意義。

作者簡介：

顏俊山，上海民防建筑研究設計院有限公司。