【正文】 地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)用鋼量設(shè)計(jì)優(yōu)化方案研究地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)用鋼量設(shè)計(jì)優(yōu)化方案一、前言 背景由于建造地下建筑時(shí)要考慮防水、防災(zāi)減災(zāi)、人防、以及作為上部建筑的基礎(chǔ)和嵌固端等因素，其建設(shè)成本常常較地上建筑高，其設(shè)計(jì)的合理、正確與否，直接影響結(jié)構(gòu)安全和工程造價(jià)。然而現(xiàn)階段地庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混亂、每平米材料用量差別較大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：方案設(shè)計(jì)方面：建筑方案布置不合理；車道位置布置未經(jīng)過(guò)優(yōu)化；嵌入式地庫(kù)與非嵌入式地庫(kù)未經(jīng)過(guò)分析比較；柱網(wǎng)布置未經(jīng)過(guò)擴(kuò)初經(jīng)濟(jì)性分析等。設(shè)計(jì)院方面：現(xiàn)階段各設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)水平參差不齊；設(shè)計(jì)人員水平有差異；個(gè)別設(shè)計(jì)師對(duì)規(guī)范掌握不透徹，一味的追求安全，人為放大配筋，殊不知有時(shí)候放大反而不安全；有的設(shè)計(jì)院雖然對(duì)車庫(kù)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性比較，但是比較過(guò)程中人為的傾向某一類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，未能從整個(gè)項(xiàng)目的角度，全面地對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化比較。設(shè)計(jì)軟件方面：市場(chǎng)上的一些主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件在使用過(guò)程中暴露出諸多缺點(diǎn)，得出的部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)果不盡合理，未能真正反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，需要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行較多的人為干預(yù)。受限于設(shè)計(jì)人員對(duì)軟件理解的差異，未能對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行正確解讀，無(wú)形中增加了結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)。施工單位方面：有的施工單位讀圖能力較弱，無(wú)法正確理解設(shè)計(jì)單位意圖，且在施工過(guò)程中以趕工期等名義，有意無(wú)意地以自身利益出發(fā)，擅自不按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，而對(duì)工程質(zhì)量缺陷及造價(jià)增加采取縱容的態(tài)度。造價(jià)單位方面：造價(jià)預(yù)算人員對(duì)施工圖紙理解不到位；不熟悉結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法；鋼筋測(cè)算精度不夠，漏項(xiàng)、增項(xiàng)問(wèn)題嚴(yán)重，造成測(cè)算不準(zhǔn)等問(wèn)題。開發(fā)商方面：有的開發(fā)商在施工過(guò)程中仍對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，造成邊施工、邊調(diào)整方案、邊設(shè)計(jì)的局面，人為造成土建費(fèi)用上升。 精細(xì)化設(shè)計(jì)的意義：近年來(lái)，由于土地價(jià)格不斷上漲，使得開發(fā)商的建筑總成本在不斷地增加，這就給開發(fā)商的成本控制帶來(lái)了極大壓力；同時(shí)，由于人們對(duì)生活環(huán)境和居住條件的要求在不斷提高，所以對(duì)建筑產(chǎn)品的品質(zhì)要求也就在不斷提高，開發(fā)商只有不斷尋求新的手段才能滿足消費(fèi)者的需求，因此降低工程造價(jià)就成為開發(fā)商重要的追求目標(biāo)， 1）結(jié)構(gòu)精細(xì)化設(shè)計(jì)并不是單純的挑毛病，而是通過(guò)交流、學(xué)習(xí)好的經(jīng)驗(yàn)和做法，找到更為合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案，來(lái)提高有限空間的利用率，使有限的資源發(fā)揮更大的作用。2）地下車庫(kù)由于建筑面積較大，所耗費(fèi)建筑材料較多，相應(yīng)的建設(shè)造價(jià)也就很高，一般地下車庫(kù)的造價(jià)占小區(qū)總建設(shè)造價(jià)7%~21%的比重。從經(jīng)濟(jì)性的角度而言，有必要采用優(yōu)化設(shè)計(jì)降低地下車庫(kù)的造價(jià)，對(duì)于開發(fā)商來(lái)說(shuō)可以帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化是在充分尊重原設(shè)計(jì)遵守規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過(guò)優(yōu)化的過(guò)程，互相學(xué)習(xí)，也有利于提高設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。4）優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠以最經(jīng)濟(jì)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)降低成本，提高結(jié)構(gòu)性能，增大使用空間，縮短施工工期的效果。5）建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域開展優(yōu)化設(shè)計(jì)，符合節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的綜合國(guó)家策略。二、優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)1. 對(duì)目前市場(chǎng)上各兄弟地產(chǎn)公司地庫(kù)用鋼量進(jìn)行匯總，并列舉各公司地庫(kù)用鋼量指標(biāo)。2. 通過(guò)對(duì)地庫(kù)各類結(jié)構(gòu)體系的研究，明確各結(jié)構(gòu)體系對(duì)地庫(kù)用鋼量的影響。3. 以金山、寶山兩個(gè)實(shí)際工程為模板，在保證地庫(kù)車位數(shù)量相同的前提條件下，對(duì)不同柱跨會(huì)對(duì)地庫(kù)建筑面積造成怎樣的影響并進(jìn)而對(duì)結(jié)構(gòu)用鋼量造成怎樣的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。4. 通過(guò)對(duì)地庫(kù)不同柱跨的研究，明確柱跨對(duì)地庫(kù)用鋼量的影響。5. 結(jié)合旭輝公司金山和寶山兩個(gè)實(shí)際工程，對(duì)結(jié)構(gòu)用鋼量研究成果進(jìn)行驗(yàn)證，并對(duì)與主樓連接關(guān)系采用到底采用融合式還是分拆式進(jìn)行淺顯的研究比較。6. 對(duì)目前設(shè)計(jì)市場(chǎng)的一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化手法進(jìn)行歸納、總結(jié)，做為今后地庫(kù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。三、影響地下車庫(kù)成本與用鋼量的因素1. 地庫(kù)頂板面覆土厚度覆土厚度的確定主要取決于外場(chǎng)設(shè)備管線所需要的深度、景觀種植和抗浮的需要，在滿足上述要求的前提下，應(yīng)盡量減少覆土厚度，以降低地下室土建造價(jià)。地下車庫(kù)建筑面積主要是以控制車位為主，合理的柱網(wǎng)布局能有效提高單個(gè)車位的建筑面積利用率及層高利用率，降低工程造價(jià)。3. 地庫(kù)頂板結(jié)構(gòu)布置形式地庫(kù)頂板樓蓋系統(tǒng)的混凝土用量和用鋼量占整個(gè)結(jié)構(gòu)成本的50%以上，不同的樓蓋體系（如主次梁、井字梁、大板、無(wú)梁樓蓋）對(duì)整體造價(jià)有較大影響。4. 地下車庫(kù)層高及設(shè)備管線高度地下車庫(kù)層高由車輛所需凈高、設(shè)備管線高度和構(gòu)件截面高度三部分組成，設(shè)備管線的合理排布能有效減少層高，降低開挖、圍護(hù)等工程費(fèi)用。a) 地庫(kù)建筑平面布置（包括嵌入式與非嵌入式、外墻總長(zhǎng)度等）地庫(kù)從總平面布置上來(lái)看可分為嵌入和非嵌入兩種，其中，非嵌入式是將高層主樓地下室與地下車庫(kù)完全脫開，并通過(guò)連通口相連接；而嵌入式則是將主樓地下室嵌入地下車庫(kù)中，不再另設(shè)連接通道。相較于非嵌入式，%，且高低跨處須設(shè)置混凝土腋角，造成土建工程費(fèi)用的增加；為了協(xié)調(diào)主樓與地庫(kù)底板標(biāo)高，嵌入式的主樓地下室比非嵌入式埋深更深，主樓區(qū)域造價(jià)更高。但另一方面，嵌入式地庫(kù)與主樓連接區(qū)域可共用豎向構(gòu)件；主樓地下室還可以布置車位，減少了地下車庫(kù)的車位數(shù)量和建筑面積。建筑總平面布局決定了外墻總長(zhǎng)度，相比非嵌入式地庫(kù)，嵌入式地庫(kù)外墻總長(zhǎng)較短，外墻相對(duì)項(xiàng)目土建總造價(jià)的比重較低。b) 地庫(kù)底板高差由于建筑功能布局的原因，地庫(kù)底板存在一定高差，如此類情況出現(xiàn)過(guò)多，會(huì)增加構(gòu)造鋼筋用量，引起地庫(kù)底板整體用鋼量和混凝土方量的抬升。c) 地庫(kù)樁型選擇根據(jù)上海地區(qū)常年水位標(biāo)高情況，地庫(kù)樁通常按抗壓和抗拔雙控。目前地庫(kù)樁型種類較多，大致可分為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、混凝土灌注樁、預(yù)制混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁四種。其中又以預(yù)應(yīng)力混凝土管樁及預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁使用最為普及，每延米價(jià)格也較為節(jié)省，而在靠近地鐵或與周邊建筑臨近的地區(qū)，可采用造價(jià)較高、施工較慢的混凝土灌注樁。預(yù)制混凝土方樁由于相比預(yù)應(yīng)力混凝土管樁造價(jià)更高、樁身質(zhì)量不易控制，近年來(lái)使用率呈逐年下降趨勢(shì)，但由于其抗拔樁樁間連接節(jié)點(diǎn)較管樁更易保證，在部分工程中仍時(shí)有采用。d) 人防人防對(duì)地下車庫(kù)土建造價(jià)的影響是非常明顯的，相比于平時(shí)荷載，戰(zhàn)時(shí)荷載的取值高出較多。因此，如何通過(guò)技術(shù)手段，有效降低人防區(qū)域土建工程費(fèi)用，進(jìn)而降低地庫(kù)工程造價(jià)是地庫(kù)成本合理控制的關(guān)鍵。e) 結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件目前市場(chǎng)上的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件以PKPM為主，其它軟件如盈建科、邁達(dá)斯通常情況下僅作為輔助校核。但在使用過(guò)程中，PKPM逐漸暴露出較多的先天缺陷和弱點(diǎn)，特別是在地庫(kù)基礎(chǔ)及樓板計(jì)算方面，存在計(jì)算結(jié)果失真、計(jì)算選項(xiàng)偏少等諸多問(wèn)題，使設(shè)計(jì)意圖無(wú)法在計(jì)算中體現(xiàn)，造成一定程度上的浪費(fèi)。因此，針對(duì)具體項(xiàng)目，選定合適的主力計(jì)算軟件是地庫(kù)成本控制的一大關(guān)鍵因素。四、地下車庫(kù)建筑與結(jié)構(gòu)方案選型1. 基本條件表1 兩個(gè)項(xiàng)目地下車庫(kù)的工程概況抗震設(shè)防烈度7度，（寶山項(xiàng)目）建筑場(chǎng)地類別IV類場(chǎng)地（上海），設(shè)計(jì)地震分組第一組；場(chǎng)地特征周期：抗震等級(jí)非嵌入式四級(jí)（墻，柱，梁）嵌入式主樓相關(guān)范圍內(nèi)同主樓，其余范圍四級(jí)（墻，柱，梁）鋼筋強(qiáng)度等級(jí)HRB400保護(hù)層厚度15mm（梁底，頂板底，外墻內(nèi)側(cè)，基礎(chǔ)底板頂，承臺(tái)頂）20mm (內(nèi)柱，扶壁柱內(nèi)側(cè)）50mm（梁頂，頂板頂，外墻外側(cè)，扶壁柱外側(cè)，基礎(chǔ)底板底）100mm（承臺(tái)底)樓板、底板、側(cè)板最小配筋率%與45ft/fy的較大值(單向頂板沿短邊方向受力筋，雙向頂板，無(wú)梁樓蓋）%（單向頂板沿長(zhǎng)邊方向分布筋，外墻水平筋，基礎(chǔ)底板，承臺(tái)）%與45ft/fy的較大值(外墻豎向筋)抗浮水頭標(biāo)高（m）抗壓水頭標(biāo)高（m）覆土厚度2. 荷載條件表2 地庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)所施加的荷載抗浮工況頂板恒載（kN/m2）16*覆土厚度抗壓工況頂板恒載（kN/m2）18*覆土厚度抗浮工況頂板活載（kN/m2）0抗壓工況頂板活載（kN/m2）5抗浮工況底板恒載（kN/m2）10205。(底板底標(biāo)高+）抗壓工況底板恒載（kN/m2）10205。(底板底標(biāo)高+）抗浮工況底板活載（kN/m2）0抗壓工況底板活載（kN/m2）43. 柱網(wǎng)跨距根據(jù)近年來(lái)住宅市場(chǎng)地下車庫(kù)典型工程案例，基本上可分為大柱跨、大小柱跨、小柱跨三種。其中大柱跨和大小柱跨在一個(gè)跨距可停放3輛小車，而小柱跨在一個(gè)跨距可停放2輛小車。大柱跨：；大小柱跨：在停車位，在車道區(qū)域，；小柱跨：。4. 地庫(kù)建筑平面圖本次地下車庫(kù)設(shè)計(jì)研究是以旭輝瀾悅苑（寶山工業(yè)園區(qū)潘涇路東側(cè)地塊南塊）項(xiàng)目地下車庫(kù)的施工圖為基礎(chǔ)，綜合比較了三個(gè)建筑方案，依次為大柱網(wǎng)、大小柱網(wǎng)、小小柱網(wǎng)。本工程地下車庫(kù)為非嵌入式地下汽車庫(kù)，總平面圖如下：方案（一）大柱網(wǎng)建筑平面施工圖大柱網(wǎng)右下角局部放大圖紙：方案（二）大小柱網(wǎng)建筑平面圖大小柱網(wǎng)右下角局部放大圖紙：方案（三）小小柱網(wǎng)建筑平面圖小小柱網(wǎng)右下角局部放大圖紙：：下表為三種地庫(kù)方案下的停車指標(biāo)分析方案停車數(shù)量（輛）建筑面積（平米）單車指標(biāo)(平米/輛)備注大柱網(wǎng)61718586此單車面積指標(biāo)含設(shè)備用房。大小柱網(wǎng)61718586小小柱網(wǎng)61719782大柱網(wǎng)與大小柱網(wǎng)車庫(kù)除了柱距的區(qū)別外，其余的布局均相同，所以單車指標(biāo)是一致的。小小柱網(wǎng)由于柱子較密，單車指標(biāo)增大了，第二個(gè)因素由于小小柱網(wǎng)柱距小，在做無(wú)梁樓蓋式地庫(kù)的設(shè)計(jì)時(shí)候，考慮柱帽對(duì)風(fēng)管的影響，風(fēng)機(jī)房的面積會(huì)有所增大，所以小小柱網(wǎng)的單車指標(biāo)也會(huì)增大。a）大柱網(wǎng)車庫(kù)通風(fēng)機(jī)房的局部布置圖b）大小柱網(wǎng)車庫(kù)通風(fēng)機(jī)房的局部布置圖同大柱網(wǎng)c）小小柱網(wǎng)車庫(kù)通風(fēng)機(jī)房的局部布置圖從上面兩張圖可以看出，小小柱網(wǎng)的車庫(kù)機(jī)房面積更大7. 地庫(kù)剖面及結(jié)構(gòu)層高：：根據(jù)地庫(kù)頂板結(jié)構(gòu)布置形式確定地庫(kù)層高 地庫(kù)頂板布置形式圖，地庫(kù)建筑層高H=梁高+2800（mm）車庫(kù)層高一般指車庫(kù)的建筑面層到車庫(kù)的頂板的高度，考慮排水綠化等因素。車庫(kù)層高=+設(shè)備區(qū)高度+結(jié)構(gòu)高度首先：規(guī)范要求：。其次：設(shè)備安裝區(qū)所需高度：梁板式600mm~650mm，無(wú)梁樓蓋式700mm~750mm。因?yàn)闊o(wú)梁樓蓋的設(shè)備管線直接設(shè)在板底，考慮施工條件，所以設(shè)備區(qū)安裝高度加大100mm。第三：結(jié)構(gòu)高度，當(dāng)結(jié)構(gòu)為梁板式車庫(kù)時(shí)，結(jié)構(gòu)高度取梁高，當(dāng)為無(wú)