地下室人防區(qū)域底板配筋率及負(fù)一層樓蓋體系選擇分析

王煥林

（廣州市建設(shè)投資發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510000）

0 前言

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，各類(lèi)新建小區(qū)相配套人防工程的建設(shè)量也逐年增大，地下室人防建設(shè)應(yīng)當(dāng)充分提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,提升城市的總體防護(hù)水平。目前，在經(jīng)濟(jì)下行的趨勢(shì)下，房地產(chǎn)迎來(lái)巨大的調(diào)整，由于利潤(rùn)率下降，因此建設(shè)方需要嚴(yán)控成本，進(jìn)行精細(xì)化管理。如何安全、合理、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低結(jié)構(gòu)成本具有重要的意義。

該文通過(guò)對(duì)東莞某住宅小區(qū)項(xiàng)目的地下室進(jìn)行分析，對(duì)地下室底板采用不同的配筋率進(jìn)行對(duì)比、對(duì)負(fù)一層人防樓蓋采用不同的結(jié)構(gòu)布置體系進(jìn)行對(duì)比，從而得到的不同綜合造價(jià)數(shù)據(jù)并得出科學(xué)可靠的結(jié)論，對(duì)今后的工程設(shè)計(jì)和建設(shè)方判斷方案的經(jīng)濟(jì)合理性具有參考價(jià)值。

1 工程實(shí)例概況

該工程位于廣東東莞大朗鎮(zhèn)。地上為33 層住宅塔樓，地下室層數(shù)為2 層，人防設(shè)置在負(fù)二層地下室區(qū)域，地下室負(fù)二層的平面布置圖如圖1 所示。地下室柱網(wǎng)采用“大小柱網(wǎng)”的形式，柱網(wǎng)跨度為5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m），負(fù)二層底板面相對(duì)標(biāo)高為-8.71m，抗浮水位相對(duì)標(biāo)高-1.9m，地下室標(biāo)準(zhǔn)跨的基礎(chǔ)形式為兩樁承臺(tái)，地下室底板厚度350mm，人防等級(jí)為核6 級(jí)。

圖1 底板不同配筋率方案綜合造價(jià)比較一

2 底板配筋率綜合造價(jià)分析

地下室人防區(qū)域底板的最小配筋率采用0.25%還是采用0.15%進(jìn)行設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)更合理，許多設(shè)計(jì)者都按照經(jīng)驗(yàn)方法，有的認(rèn)為按照規(guī)范條文表格中的規(guī)定為0.25%，有的認(rèn)為可根據(jù)規(guī)范條文的附注說(shuō)明。規(guī)范對(duì)此并無(wú)明確規(guī)定，而人防區(qū)域底板最小配筋率會(huì)導(dǎo)致底板配筋經(jīng)濟(jì)不確定性的原因如下：1）底板的荷載工況存在平時(shí)設(shè)計(jì)荷載工況和人防荷載工況。底板的跨中彎矩以及支座彎矩，存在平時(shí)設(shè)計(jì)荷載工況和人防荷載工況分別起控制作用的情況。2）《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)平時(shí)設(shè)計(jì)荷載工況和人防荷載工況下的最小配筋率存在著不同的規(guī)定。

因此，有必要對(duì)人防區(qū)域底板做精細(xì)化的處理，根據(jù)平時(shí)設(shè)計(jì)荷載工況和人防荷載工況的控制作用情況，在滿足規(guī)范的前提下，分析采用不同的底板配筋率時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益。所以基于工程實(shí)例條件，根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》條文的計(jì)算規(guī)定，對(duì)底板采用不同配筋率配筋的情況，做綜合造價(jià)分析。

2.1 規(guī)范說(shuō)明

底板荷載組合：根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.9.4條文的規(guī)定:底板荷載考慮永久荷載、等效靜荷載以及水壓力的組合。

彎矩折減：根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.10.4 條文的規(guī)定，底板跨中截面的計(jì)算彎矩值乘以折減系數(shù)0.9。

最小配筋率控制：根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》4.11.7 條第5 點(diǎn),板中受拉鋼筋最小配筋率最小可取為0.15%。

根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明4.11.7的規(guī)定，底板的頂面鋼筋和底面鋼筋應(yīng)該等量配置。

配筋方式：根據(jù)《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明D.3.2 的第2 點(diǎn)的規(guī)定，底層以及頂層鋼筋采用全部拉通鋼筋的方式。

2.2 推導(dǎo)分析

根據(jù)上述規(guī)范條文，確定底板配筋方案比選設(shè)計(jì)條件如下：1）底板跨中彎矩可以折減0.9，截面配筋由平時(shí)荷載工況控制；支座彎矩?zé)o折減，截面配筋由人防荷載工況控制。2）底板配筋采用雙層雙向鋼筋網(wǎng)+局部附加方式。通常鋼筋配筋率不應(yīng)小于0.15%，支座截面處配筋率不應(yīng)小于0.25%。3）當(dāng)跨中板底通長(zhǎng)筋配筋率小于0.25%時(shí)，跨中截面板面和板底應(yīng)采用對(duì)稱(chēng)配筋方式。4）當(dāng)跨中板底通長(zhǎng)筋配筋率不小于0.25%時(shí)，跨中截面板面配筋量可以大于板底配筋量。

在荷載、柱網(wǎng)、板厚等條件確定的情況下，通過(guò)調(diào)整樁承臺(tái)的尺寸，使得跨中板面計(jì)算配筋面積貼合設(shè)定配筋率的構(gòu)造配筋面筋。分別取0.15%，0.20%，0.25%，0.30%四個(gè)配筋率方案進(jìn)行軟件試算，得到不同的樁承臺(tái)尺寸，對(duì)應(yīng)的底板綜合造價(jià)見(jiàn)表1。通過(guò)對(duì)比可以看出，當(dāng)控制底板配筋率為0.25%時(shí)，底板的綜合造價(jià)最低，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

2.3 經(jīng)濟(jì)性比對(duì)

從表1 可以看出，人防區(qū)域底板采用0.25%配筋率配筋的方式，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

表1 人防區(qū)底板配筋率綜合造價(jià)比較

從圖2 可以看出，人防區(qū)域底板通長(zhǎng)筋采用0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比較綜合造價(jià)時(shí)，采用0.15%配筋率情況下的綜合造價(jià)最高，且相對(duì)于其余3 種配筋率，其綜合造價(jià)多了接近一倍，處于極不經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。0.20%、0.25%、0.30%的配筋率的綜合造價(jià)均在450 元/m上下浮動(dòng)，其中0.25%配筋率的綜合造價(jià)最低。其經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。經(jīng)試算，承臺(tái)尺寸的變化對(duì)板面附加鋼筋配筋的影響較小。在鋼筋配置量已定且滿足沖切局壓的前提下，可對(duì)承臺(tái)的尺寸進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)試算，在承臺(tái)尺寸調(diào)至2.8m×1.3m×0.8m時(shí)，按平時(shí)荷載組合工況下，沖切系數(shù)為1.2；按人防荷載組合工況下，考慮混凝土的提高系數(shù)后，沖切系數(shù)為1.18；均滿足規(guī)范的要求。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 人防區(qū)底板0.25%配筋率綜合造價(jià)比較

由表2 可知，假定承臺(tái)高度為800mm，且底板通長(zhǎng)配筋率為0.25%情況下，可對(duì)原有承臺(tái)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，滿足承臺(tái)沖切、剪切等承載力計(jì)算要求下，承臺(tái)尺寸可由原來(lái)的3.3m×1.5m×0.8m 減少至2.8m×1.3m×0.8m，混凝土用量降低5.9%，綜合造價(jià)降低2.7%。

由圖2 可知，人防區(qū)域底板通長(zhǎng)筋采用0.20%、0.25%、0.30%的不同配筋率去比較綜合造價(jià)時(shí)，按照設(shè)定的經(jīng)濟(jì)限額標(biāo)準(zhǔn)為448 元/m的情況，采用0.20%配筋率的綜合造價(jià)在450元/m～460 元/m，采用0.25%配筋率的綜合造價(jià)在430～440 元/m，采用0.30%配筋率的綜合造價(jià)在460 元/m～470 元/m。0.30%配筋率的綜合造價(jià)最高，0.25%配筋率的綜合造價(jià)最低，其經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

圖2 底板不同配筋率方案綜合造價(jià)比較二

綜上所述，對(duì)于目前常用的“大小柱網(wǎng)”的形式，柱網(wǎng)跨度范圍接近為5.5m×（4.9m+6.2m+4.9m）的人防區(qū)域底板配筋，可建議采用0.25%配筋率雙層雙向拉通的方式，在不夠的地方附加鋼筋。

3 地下室負(fù)一層人防樓蓋比選分析

人防樓蓋的常用結(jié)構(gòu)布置形式可分為梁板式樓蓋和無(wú)梁樓蓋形式2 種。梁板式樓蓋的工藝比較成熟，板梁柱的結(jié)構(gòu)傳力體系明確，結(jié)構(gòu)整體性比較良好，不足之處在于因?yàn)榱旱拇嬖冢瑢痈咝枰容^高，而且模板制作會(huì)加長(zhǎng)工期。無(wú)梁樓蓋的結(jié)構(gòu)形式相對(duì)來(lái)說(shuō)，層高較低，而且支模簡(jiǎn)單，施工方便可以節(jié)省工期，不足之處在于受力復(fù)雜，施工質(zhì)量不穩(wěn)定。

地下室負(fù)一層人防樓蓋的荷載有樓面恒載，樓面活載以及人防荷載。人防荷載只與靜荷載同時(shí)組合，不與活載組合。且常規(guī)武器爆炸動(dòng)荷載和核武器爆炸動(dòng)荷載均按一次作用考慮。進(jìn)行人防頂板計(jì)算時(shí)，板的允許延性比按3.0 考慮。計(jì)算條件：柱網(wǎng)跨度為7.8m×（4.7m+6.7m+4.7m），層高為3.9 m，抗震設(shè)防烈度為7 度，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅰ類(lèi)，框架抗震等級(jí)為三級(jí)，混凝土等級(jí)為C30，鋼筋為HRB400，人防荷載按6 級(jí)，人防頂板最小厚度要求200 mm，人防荷載作用下材料綜合調(diào)整系數(shù)，鋼筋為1.35，混凝土為1.5。選取以下幾種樓蓋形式用盈建科軟件進(jìn)行計(jì)算分析比較，得到各樓蓋體系經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，各樓蓋梁板等計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 人防地下室各樓蓋梁板計(jì)算參數(shù)

3.1 大板方案（梁按常規(guī)算法，板按塑性算法）

大板方案中，梁按常規(guī)算法，樓板按塑性算法進(jìn)行計(jì)算，板厚采用200mm，板底配筋采用D10@130（鋼筋面積604mm）雙向拉通；板面配筋采用D8@100（鋼筋面積503mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.2 大板方案（按彈性板6算法）

大板方案中，梁按常規(guī)算法，樓板按彈性板6 算法進(jìn)行計(jì)算，7.8m×6.7m 板跨的板厚采用250mm，其余板跨的板厚為200mm。7.8m×6.7m 板跨的短跨板底配筋采用D14@130（鋼筋面積1184mm）拉通，長(zhǎng)跨板底配筋采用D14@150（鋼筋面積1026mm）拉通；其余板跨的板底配筋采用D12@170（鋼筋面積665mm）雙向拉通；板面配筋采用D8@100（鋼筋面積503mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.3 柱帽+有梁體系

柱帽+有梁體系采用框架柱位置加下柱帽以及拉設(shè)框架梁的樓蓋體系，板厚統(tǒng)一采用220mm，7.8m×6.7m 板跨的4 個(gè)柱帽尺寸為3000mm×3000mm，其余4 個(gè)柱帽尺寸為2500mm×2500mm，柱帽的厚度為500mm。板底及板面配筋均采用D12@110（鋼筋面積1028mm），板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.4 單次梁體系

單次梁體系采用框架梁及次梁的樓蓋體系，板厚統(tǒng)一采用200mm。D8@120（鋼筋面積419mm）雙向拉通，板面支座處不夠的配筋另加附加鋼筋。

3.5 經(jīng)濟(jì)性比選

地下室負(fù)一層人防樓蓋（核六人防）采用大板方案（梁按常規(guī)算法，板按塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）、柱帽+有梁體系、單次梁方案4 種結(jié)構(gòu)形式，其經(jīng)濟(jì)性比選見(jiàn)表4。

通過(guò)對(duì)比分析，由表4 可知：1)混凝土用量最少的樓蓋形式是大板方案（梁常規(guī)算法板塑性算法），混凝土用量最多的樓蓋形式是單次梁方案。由于規(guī)范中對(duì)人防區(qū)域的最小板厚規(guī)定為200mm，因此在最接近最小板厚的條件下，梁數(shù)量或者截面越小，總混凝土用量越小。因此在該情況下，通常情況下單次梁方案可以降低板厚的優(yōu)勢(shì)反而成為一種劣勢(shì)，所以單次梁方案的混凝土用量最多；將大板方案（梁常規(guī)算法板塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）、柱帽+有梁體系3 種樓蓋體系進(jìn)行比較，其板厚分別為200mm、200/250mm 以及220mm，可以看出，在框架梁混凝土用量接近的情況下，采用大板方案（梁常規(guī)算法板塑性算法）的板厚是最小的，因此其總混凝土用量最少。2)從樓蓋鋼筋用量來(lái)看，大板方案（彈性板6 算法）的鋼筋用量是最少的，其次為大板方案（梁常規(guī)算法板塑性算法），單次梁方案，鋼筋用量最多的樓蓋形式是柱帽+有梁體系。由于柱帽+有梁體系中的配筋，不僅是梁配筋、樓板配筋，還有柱帽配筋，且板厚220mm 并不小，因此整體鋼筋用量較大。在大板方案中（梁常規(guī)算法板塑性算法），由于樓板采用了塑性算法，因此板厚相對(duì)較薄一些，節(jié)省了混凝土，由此也可以看出，與大板方案（彈性板6 算法）的樓板相比，采用彈性板6 的模擬假定算法，大大地增加了鋼筋用量。3)如表4 所示，地下室負(fù)一層人防樓蓋（核六人防）采用大板方案（梁按常規(guī)算法，板按塑性算法）、大板方案（彈性板6 算法）方案較為經(jīng)濟(jì)，從經(jīng)濟(jì)性考慮，地下室負(fù)一層人防樓蓋可以采用大板方案的樓蓋形式。

表4 負(fù)一層人防樓蓋（核六人防）造價(jià)預(yù)估

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)人防區(qū)域底板配筋率的選擇分析以及負(fù)一層樓蓋體系的選擇分析，可以看出，在人防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，筆者要從規(guī)范的基本規(guī)定入手，重點(diǎn)關(guān)注計(jì)算過(guò)程中不同工況下的不同荷載組合及相關(guān)構(gòu)造規(guī)定，在選擇樓蓋體系時(shí)，應(yīng)結(jié)合規(guī)范的構(gòu)造規(guī)定，充分發(fā)揮鋼筋及混凝土的材料性能，選擇合理的結(jié)構(gòu)布置體系，嚴(yán)格地掌握設(shè)計(jì)中遵循的每一項(xiàng)原則，科學(xué)地選用合理參數(shù)及尺寸，使設(shè)計(jì)符合最佳的效果。只有這樣才可以保障建筑人防結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)安全，合理降低工程成本。