地下室頂板結構設計分析

【摘要】近年來，隨著城市化進程的加快，我國土地資源日益緊張，地下空間成為當前建筑工程建設中的可利用資源，建筑工程地下室設計也受到了人們的高度關注。本文就地下室頂板設計進行探究，首先闡述了頂板結構體系分類，其次分析了設計內容，然后結合實例論述設計方案，旨在為類似工程提供參考。

【關鍵詞】建筑工程;地下室;頂板結構;設計? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.044

1、引言

開發(fā)并利用地下空間成為城市規(guī)劃發(fā)展的主要方向，高層建筑工程日益增多，為提供空間利用率，設置地下室成為了最為有效的方式。地下室結構設計中，頂板屬于地上結構的內容，需根據(jù)工程實際情況進行方案比選，選擇最佳方案，確保結構的穩(wěn)定性及工程的經(jīng)濟性。

2、地下室頂板結構概述

當前地下室頂板結構主要包括井字梁體系、十字梁體系、單向梁體系、大板加腋體系等。其中井字梁體系、十字梁體系和大板加腋體系要求主框梁高度和結構總厚度為800mm，單向梁體系則是要求900mm，無梁樓蓋體系和空心無梁樓蓋體系結構總厚度分別為350mm和500mm。而一般來說井字梁體系、十字梁體系和大板加腋體系對應的地下室高度是3.75m，單向梁體系對應的地下室高度為3.85m，無梁樓蓋體系對應的地下室高度為3.3m，以及空心無梁樓蓋體系對應的地下室高度為3.45m。因為高層建筑工程對于地下室的建設要求有所差異，在結構設計過程中，設計人員應出具多個方案，就頂板結構的性能、造價等進行比選，選擇最佳方案。

3、地下室頂板結構設計分析

地下室頂板處于連接地下室和上層建筑的貼合部位，頂板結構的質量對建筑的整體質量具有顯著影響，所以須重視地下室頂板結構設計。地下室頂板結構的覆土不得小于設備管線及土層保護高度，以充分保護設備管線，防止管線在工程建設中受損。另外，設計中須重視地下室頂板結構的承載力，設計人員要全方位考慮建筑物的高度、使用功能和結構所處的外部環(huán)境。在具有特定功能的建筑設計中，設計人員須高度重視建筑的防爆性能，地下室爆破動力要滿足消防車作用板面爆破動力的要求。

4、實例分析

某項目地震設防烈度為8度（0.2g），第二組，Ⅱ類場地;地下車庫抗震等級為三級;車庫平面如圖1所示，地下3層車庫，覆土厚度2m，活荷載取10kN/m，不考慮消防車活荷載。柱網(wǎng)分布較為均勻，為滿足大空間功能的建筑需求，柱網(wǎng)間距多為10m×10mm，柱截面選取900mm×900mm，板、梁及柱材料均選用C30混凝土、HRB400鋼筋。

4.1頂板結構布置方案比選

計算時選取標準跨的5種梁布置方案，分別為大板方案、單次梁方案、雙次梁方案、十字梁方案、井字梁方案。

4.1.1大板方案

大板布置方案中僅有4根10m跨主框架梁受力，如圖2。大板結構方案受力形式為雙向板四邊傳力，4根主梁均勻分擔樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故大板方案的梁截面相對較小即可滿足受力要求;大板方案板厚、板的配筋率及鋼筋用量特別大，而且板的鋼筋量占總鋼筋量的50%左右，板的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的67%左右;板的造價占據(jù)總造價的55%左右，且大板方案造價總體較高。

4.1.2單次梁方案

單次梁布置方案中沿縱向板跨中間布置1道次梁，將板塊分為2個5m×10m的板塊。單次梁方案結構受力形式為非均勻受力，為長寬比為2的雙向板傳力，大部分力傳到橫向主梁上，橫向主梁分擔大部分樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故單次梁方案的橫向梁截面相對較大方可滿足受力要求;單次梁方案梁鋼筋用量較大板方案增加很多，而且梁的鋼筋用量占總鋼筋量的64%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的46%左右;板的造價占據(jù)總造價的60%左右。

4.1.3雙次梁方案

單次梁布置方案將整個板塊劃分為縱向3塊等分的單向板塊，尺寸為3.33m×10.00m。雙次梁方案結構受力形式為非均勻受力，為長寬比大于3的單向板傳力體系，大部分力傳到橫向主梁上，橫向主梁分擔大部分樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，故雙次梁方案的橫向梁主截面相對較大才能滿足受力要求，但縱向主梁因為大部分荷載被橫向主梁分擔，因此縱向主梁截面較小。由于梁布置的細化，使整塊板整體剛度得到大幅提升，變形得到很好的控制，故其縱向主梁及橫向主梁截面均小于單次梁截面。雙次梁方案梁鋼筋用量同樣占較大比例，梁的鋼筋用量占總鋼筋量的77%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的52%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，梁的造價占據(jù)總造價的70%左右。

4.1.4十字梁布置方案

十字梁布置方案將大板沿中間劃分為4塊等分的小板塊。十字梁方案結構受力形式為4塊長寬比為1的雙向板均勻向四邊傳力，類似于微小的大板，4根主梁均勻分擔小塊樓板傳來的覆土、人行、種植等荷載，滿足受力要求;十字梁方案梁鋼筋用量特別大，而且梁的鋼筋量占總鋼筋量的72%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的54%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，板的造價占據(jù)總造價的67.3%左右。

4.1.5井字梁布置方案

圖3 井字梁結構布置方案

井字梁布置方案將整個大板塊均分為16個2.5m×2.5m的小板塊，如圖3。井字梁方案結構受力形式為16塊長寬比為1的雙向板均勻向四邊傳力，4根主梁均勻分擔每塊小板傳來的覆土、人行、種植等荷載，由于梁布置的密集，整體大幅提高板塊剛度，故十字梁方案的梁截面相對很小，滿足受力要求;井字梁方案梁鋼筋用量尤其大，而且梁的鋼筋量占據(jù)總鋼筋量的79%左右，梁的混凝土用量也相對較大，占總混凝土用量的64.2%左右;由數(shù)據(jù)分析可知，梁的造價占據(jù)總造價的75%左右。

4.2比選結果

從經(jīng)濟性上考慮，雙次梁布置是優(yōu)先選擇的方案;由提升建筑凈空幅度最大的方面考慮，大板方案是優(yōu)先選擇方案。由實際工程綜合考慮，十字梁方案經(jīng)濟性上優(yōu)于比大板方案，在提升建筑凈空能力上優(yōu)于雙次梁方案，可考慮十字梁方案作為最優(yōu)選擇。

結束語：

綜上所述，地下室的頂板是與上層建筑連接的重要結構，在設計地下室頂板結構時，要結合地下室與上層建筑協(xié)同設計的原則，對設備的管線高度進行綜合分析研究，確保頂板厚度符合設計要求。同時，計算地下室頂板承載力時要結合建筑功能綜合分析，同時還要考慮施工中可能存在的環(huán)境影響因素，實現(xiàn)建筑功能上的合理性、最優(yōu)性，以及確保受力上的合理性、可靠性、最優(yōu)性，最終實現(xiàn)建設方的投資收益及價值。

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作者簡介：

曾亮（1991-），男，湖南長沙人，本科，工程師，研究方向：建筑結構。