地下車庫柱網及結構選型綜合經濟技術分析

劉帥，牛家興，曾麗雯，胡文鑫

（1.成都市建筑設計研究院，成都 610041；2.成都軌道城市發展集團有限公司，成都 610041）

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，汽車保有量逐年增加，土地資源日漸稀缺，修建地下車庫成為城市建設中的一種必然選擇。地下車庫的修建涉及土方開挖、基坑支護、地下室抗浮、頂板覆土綠化等工序，建設成本遠高于地上結構，因此，建設單位對地下室設計的合理性及經濟性尤為重視。從方案設計階段對地下室建設成本進行概念管控，是一種有效的成本管控方式。合理的地下室方案設計是建設項目成本管控的主要組成部分，也是建設單位對車庫方案定案的重要依據。

影響地下室土建成本的因素主要有人防、柱網、層高、結構形式頂板、覆土厚度、地下車庫出入口設置等。由于項目所在地不同，工程前置條件也不盡相同。本文以成都地區自然條件為工程背景，結合當地的政策要求，并在其他相關專業給定合理參數的前提下，著重從建筑結構角度分析柱網、層高、結構形式、頂板覆土等幾個對地下車庫經濟效益影響較大的因素，以期得到較好的經濟指標，為類似的工程項目的設計和業主定案提供參考。

2 柱網及覆土厚度

2.1 地下車庫柱網

依據JGJ 100—2015《車庫建筑設計規范》[1]（以下簡稱《設計規范》）的要求，地下車庫普通車位尺寸可按2.4 m×5.3 m，雙向車道最小寬度按5.5 m，建筑者按照常用的車位排布給出了3 種不同的柱網，分別為大柱網（8.1 m×7.8 m），中柱網（5.0 m×7.8 m，車道位置6.2 m×7.8 m）和小柱網（5.0 m×5.4 m，車道位置6.2 m×5.4 m），標準布置方案如圖1～圖3 所示。以100 m×100 m矩形平面地下室進行車位布置，得出理想狀況下3 種柱網尺寸的停車數量分別為456 個（大、中柱網）、444 個（小柱網），對應的停車效率分別為21.93 m2/ 個（大、中柱網）、22.52 m2/個（小柱網）。由此可見，大、中柱網的停車效率幾乎完全相同，小柱網停車效率稍差，但差距僅2.7%，可認為3 種柱網尺寸下停車效率基本一致。

圖1 大柱網（8.1 m×7.8 m）布置方式

圖2 中柱網（5.0 m×7.8 m）布置方式

圖3 小柱網（5.0 m×5.4 m）布置方式

2.2 頂板覆土厚度

地下室頂板覆土厚度需考慮管線敷設、景觀設計以及當地政策文件等因素后確定。地下室頂板覆土厚度越大，越有利于綠化生長和管線敷設，可以形成良好的景觀環境，但過大的覆土厚度余量，也會直接造成地下室土建成本的增加。因此，頂板覆土厚度的確定應權衡各種因素的利弊關系，在滿足當地政策文件規定、管線敷設要求以及景觀綠植生長要求的前提下盡量降低覆土厚度以取得較好的綜合經濟效益。以成都地區為例，經濟性較好的頂板覆土厚度一般為1.2～1.5 m。

3 地下室層高

《設計規范》對地下車庫的凈高要求為車位處不小于2.0 m，車道處不小于2.2 m。對于大型地下室，建筑面層厚度一般可控制在0.15 m 以內，設備安裝包括風管、噴淋管、電器橋架等，合理的管線綜合設計可將安裝高度控制在0.55 m 以內。地下室梁高或板厚的確定涉及頂板覆土、柱網、結構形式、梁板配筋率等多個因素，合理的地下室層高可用數學公式表達為：

式中，x 為覆土厚度，m；y 為地下室層高，m；z 為柱網形式；lp（x，z）為經濟配筋率[2]下的梁高或板厚，影響因素為覆土厚度、柱網形式。

4 結構選型及綜合經濟性對比

4.1 結構選型及對比內容

地下室頂板常用的結構形式包括普通梁板形式（單向次梁、井字梁等）、框架梁+（加腋）大板、無梁樓蓋等，設Qi為不同樓蓋形式下的結果問題，特定覆土情況下，某種柱網下不同樓蓋形式的最終結果可用如下函數表示：Qi=f[x，y(x，z)，z]，最優結果為min(Qi)。在此函數中，從土建角度是混凝土用量與鋼筋用量的最優問題，若干個初級非線性問題的疊加，通過線性數據的比較可以得出特定條件下的最優解。

在常用的覆土厚度1.2 m 及1.5 m 2 種情況下，為求得最優Qi，過程中仍需對5 種結構形式、3 種柱網尺寸、2 種覆土厚度情況下的30 個模型進行對比分析，計算量過大且某些結果可直接判定為非最優解[2]。因此，為簡化計算過程，直接排除非最優解，并固定在不同樓蓋形式下的部分變量來求解結果：

1）對任意一種柱網形式下覆土分別為1.2 m 和1.5 m 的工況進行對比，設置合理層高，對同一結構形式2 個計算模型得出何種覆土最優，結果明顯，覆土1.2 m 最優。

2）單向雙次梁下覆土1.2 m，合理層高工況下，對3 種柱網進行綜合對比。通過3 個計算模型結果得出何種柱網為最優。

3）覆土1.2 m 并采用最優柱網，合理層高，比較5 種頂板結構形式。通過5 個計算模型得出頂板結構形式優劣順序。

本文重點分析對比以下6 個方面的用量及成本：（1）基礎（含底板）；（2）錨桿；（3）主體混凝土；（4）主體用鋼量；（5）挖方量；（6）填方量。

4.2 計算參數及材料強度

以成都地區自然條件為工程背景，采用盈建科計算分析軟件，主要計算參數為：

抗震設防烈度：7 度（0.1g）；設計地震分組：第三組；特征周期：0.45 s；場地類別：Ⅱ類；抗浮設防水位：-1.0 m；恒載：覆土容重18 kN/m3；活載：綠化荷載5.0 kN/m2，消防車道，依據荷載規范[3]表5.1.1 取值并考慮相應折減系數；基礎持力層：稍密卵石層，地基承載力特征值fak≥320 kPa。

材料強度：梁、板、墻、柱混凝土強度等級C35，基礎混凝土強度C30；梁縱向受力鋼筋HRB500（四級鋼），其余鋼筋均采用HRB400（三級鋼）[3]。

4.3 同等設計條件下不同柱網經濟性對比

覆土厚度1.2 m，單根錨桿按6.5 m 標準長度計算，頂板采用普通梁板體系，單向雙次梁布置，在保證梁、板經濟配筋率[3]的前提下，頂板厚度160 mm，底板厚度400 mm，大、中、小柱網對應的主梁高度分別為0.85 m、0.7 m、0.6 m，層高分別為3.75 m、3.6 m、3.5 m，基礎高度分別為0.6 m、0.55 m、0.5 m。各種材料用量計算結果見表1。

表1 不同柱網綜合計算對比

依據目前市場材料及施工成本，混凝土成本單價650 元/m3，鋼筋5 500 元/t，錨桿270 元/m，挖方4 元/m3，回填12 元/m3，綜合計算不同柱網尺寸下總費用分別為：大柱網1 057 萬元，中柱網979 萬元，小柱網893 萬元。相對大柱網布置，中、小柱網土建成本分別可節約7.4%、15.5%。由此可見，同等設計條件下，柱網越小，土建成本越低。

4.4 同等設計條件下不同頂板結構形式經濟性對比

采用中柱網尺寸5.0 m×7.8 m，覆土厚度1.2 m，單根錨桿按6.5 m 標準長度計算，頂板結構形式分別采用模型：①單向雙次梁；②井字梁；③加腋大板；④普通大板；⑤無梁樓蓋。在保證梁、板經濟配筋率[3]的情況下，下頂板厚度：模型①和模型②為160 mm，模型③為200 mm，模型④和模型⑤為250 mm；主梁高除模型⑤外均為0.7 m；層高模型①～模型④為3.6 m，模型⑤為3.25 m；獨基高度各模型均為0.55 m，底板厚度各模型均為400 mm。各種材料用量計算結果見表2。

表2 不同頂板形式綜合計算對比

綜合計算后不同結構形式下總費用分別為：①單向次梁979 萬元；②井字梁1 019 萬元；③加腋大板1 001 萬元；④普通大板1 031 萬元；⑤無梁樓蓋982 萬元。相對單向次梁布置，井字梁、加腋大板、普通大板、無梁樓蓋土建成本分別增加4.1%、2.2%、5.3%、0.3%。由此可見，同等設計條件下，采用單向次梁與無梁樓蓋成本幾乎相同且相對其他結構形式成本最優，但整體相對差距并不大（最大差距約5%）。

5 結論及建議

通過對3 種柱網尺寸、2 種覆土工況及5 種常見頂板結構形式的綜合對比分析，可以得到如下結論：

1）本文建議的3 種柱網在停車效率上接近，綜合造價方面采用小柱網經濟性最優，中柱網次之，大柱網最差。但小柱網柱間距較小，柱子數量較多，對樓盤品質會有一定影響。一般情況下，建議采用中柱網，既可滿足品質要求，也可以取得較好的經濟性。

2）從綜合造價角度，地下室頂板結構形式優選無梁樓蓋、框架梁+單向次梁及框架梁+加腋大板。但近年來，在建采用無梁樓蓋的項目發生多起頂板坍塌事故，其原因涉及多方面因素。因此，考慮各種不確定因素，建議有覆土的頂板結構形式優選加腋大板或單向次梁，對使用及施工荷載較小的負2 層及以下的地下室樓層可優先選用無梁樓蓋。

本文以成都地區自然條件為工程背景進行計算分析，可為該地區工程項目的設計和業主定案提供參考依據。全國其他地區或者實際工程情況發生變化時，也可參照本文分析思路進行對比論證，以取得良好的經濟效益。