【正文】 地下車庫結構用鋼量設計優(yōu)化方案研究地下車庫結構用鋼量設計優(yōu)化方案一、前言 背景由于建造地下建筑時要考慮防水、防災減災、人防、以及作為上部建筑的基礎和嵌固端等因素，其建設成本常常較地上建筑高，其設計的合理、正確與否，直接影響結構安全和工程造價。然而現(xiàn)階段地庫結構設計混亂、每平米材料用量差別較大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：方案設計方面：建筑方案布置不合理；車道位置布置未經(jīng)過優(yōu)化；嵌入式地庫與非嵌入式地庫未經(jīng)過分析比較；柱網(wǎng)布置未經(jīng)過擴初經(jīng)濟性分析等。設計院方面：現(xiàn)階段各設計院設計水平參差不齊；設計人員水平有差異；個別設計師對規(guī)范掌握不透徹，一味的追求安全，人為放大配筋，殊不知有時候放大反而不安全；有的設計院雖然對車庫進行了經(jīng)濟性比較，但是比較過程中人為的傾向某一類結構設計方案，未能從整個項目的角度，全面地對結構方案進行經(jīng)濟性優(yōu)化比較。設計軟件方面：市場上的一些主流結構設計軟件在使用過程中暴露出諸多缺點，得出的部分數(shù)據(jù)結果不盡合理，未能真正反映結構的實際情況，需要對分析結果進行較多的人為干預。受限于設計人員對軟件理解的差異，未能對設計結果進行正確解讀，無形中增加了結構工程的造價。施工單位方面：有的施工單位讀圖能力較弱，無法正確理解設計單位意圖，且在施工過程中以趕工期等名義，有意無意地以自身利益出發(fā)，擅自不按設計圖紙進行施工，而對工程質量缺陷及造價增加采取縱容的態(tài)度。造價單位方面：造價預算人員對施工圖紙理解不到位；不熟悉結構構造做法；鋼筋測算精度不夠，漏項、增項問題嚴重，造成測算不準等問題。開發(fā)商方面：有的開發(fā)商在施工過程中仍對設計方案進行調整，造成邊施工、邊調整方案、邊設計的局面，人為造成土建費用上升。 精細化設計的意義：近年來，由于土地價格不斷上漲，使得開發(fā)商的建筑總成本在不斷地增加，這就給開發(fā)商的成本控制帶來了極大壓力；同時，由于人們對生活環(huán)境和居住條件的要求在不斷提高，所以對建筑產品的品質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者的需求，因此降低工程造價就成為開發(fā)商重要的追求目標， 1）結構精細化設計并不是單純的挑毛病，而是通過交流、學習好的經(jīng)驗和做法，找到更為合理、經(jīng)濟的設計方案，來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）地下車庫由于建筑面積較大，所耗費建筑材料較多，相應的建設造價也就很高，一般地下車庫的造價占小區(qū)總建設造價7%~21%的比重。從經(jīng)濟性的角度而言，有必要采用優(yōu)化設計降低地下車庫的造價，對于開發(fā)商來說可以帶來可觀的經(jīng)濟效益。3）結構設計的優(yōu)化是在充分尊重原設計遵守規(guī)范的基礎上進行的，通過優(yōu)化的過程，互相學習，也有利于提高設計院結構設計人員的設計水平。4）優(yōu)化設計能夠以最經(jīng)濟的手段來實現(xiàn)降低成本，提高結構性能，增大使用空間，縮短施工工期的效果。5）建筑結構領域開展優(yōu)化設計，符合節(jié)約能源，保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的綜合國家策略。二、優(yōu)化設計目標1. 對目前市場上各兄弟地產公司地庫用鋼量進行匯總，并列舉各公司地庫用鋼量指標。2. 通過對地庫各類結構體系的研究，明確各結構體系對地庫用鋼量的影響。3. 以金山、寶山兩個實際工程為模板，在保證地庫車位數(shù)量相同的前提條件下，對不同柱跨會對地庫建筑面積造成怎樣的影響并進而對結構用鋼量造成怎樣的影響進行詳細分析。4. 通過對地庫不同柱跨的研究，明確柱跨對地庫用鋼量的影響。5. 結合旭輝公司金山和寶山兩個實際工程，對結構用鋼量研究成果進行驗證，并對與主樓連接關系采用到底采用融合式還是分拆式進行淺顯的研究比較。6. 對目前設計市場的一些結構優(yōu)化手法進行歸納、總結，做為今后地庫項目設計的參考依據(jù)。三、影響地下車庫成本與用鋼量的因素1. 地庫頂板面覆土厚度覆土厚度的確定主要取決于外場設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，應盡量減少覆土厚度，以降低地下室土建造價。地下車庫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車位的建筑面積利用率及層高利用率，降低工程造價。3. 地庫頂板結構布置形式地庫頂板樓蓋系統(tǒng)的混凝土用量和用鋼量占整個結構成本的50%以上，不同的樓蓋體系（如主次梁、井字梁、大板、無梁樓蓋）對整體造價有較大影響。4. 地下車庫層高及設備管線高度地下車庫層高由車輛所需凈高、設備管線高度和構件截面高度三部分組成，設備管線的合理排布能有效減少層高，降低開挖、圍護等工程費用。a) 地庫建筑平面布置（包括嵌入式與非嵌入式、外墻總長度等）地庫從總平面布置上來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完全脫開，并通過連通口相連接；而嵌入式則是將主樓地下室嵌入地下車庫中，不再另設連接通道。相較于非嵌入式，%，且高低跨處須設置混凝土腋角，造成土建工程費用的增加；為了協(xié)調主樓與地庫底板標高，嵌入式的主樓地下室比非嵌入式埋深更深，主樓區(qū)域造價更高。但另一方面，嵌入式地庫與主樓連接區(qū)域可共用豎向構件；主樓地下室還可以布置車位，減少了地下車庫的車位數(shù)量和建筑面積。建筑總平面布局決定了外墻總長度，相比非嵌入式地庫，嵌入式地庫外墻總長較短，外墻相對項目土建總造價的比重較低。b) 地庫底板高差由于建筑功能布局的原因，地庫底板存在一定高差，如此類情況出現(xiàn)過多，會增加構造鋼筋用量，引起地庫底板整體用鋼量和混凝土方量的抬升。c) 地庫樁型選擇根據(jù)上海地區(qū)常年水位標高情況，地庫樁通常按抗壓和抗拔雙控。目前地庫樁型種類較多，大致可分為預應力混凝土管樁、混凝土灌注樁、預制混凝土方樁、預應力混凝土空心方樁四種。其中又以預應力混凝土管樁及預應力混凝土空心方樁使用最為普及，每延米價格也較為節(jié)省，而在靠近地鐵或與周邊建筑臨近的地區(qū)，可采用造價較高、施工較慢的混凝土灌注樁。預制混凝土方樁由于相比預應力混凝土管樁造價更高、樁身質量不易控制，近年來使用率呈逐年下降趨勢，但由于其抗拔樁樁間連接節(jié)點較管樁更易保證，在部分工程中仍時有采用。d) 人防人防對地下車庫土建造價的影響是非常明顯的，相比于平時荷載，戰(zhàn)時荷載的取值高出較多。因此，如何通過技術手段，有效降低人防區(qū)域土建工程費用，進而降低地庫工程造價是地庫成本合理控制的關鍵。e) 結構計算軟件目前市場上的結構計算軟件以PKPM為主，其它軟件如盈建科、邁達斯通常情況下僅作為輔助校核。但在使用過程中，PKPM逐漸暴露出較多的先天缺陷和弱點，特別是在地庫基礎及樓板計算方面，存在計算結果失真、計算選項偏少等諸多問題，使設計意圖無法在計算中體現(xiàn)，造成一定程度上的浪費。因此，針對具體項目，選定合適的主力計算軟件是地庫成本控制的一大關鍵因素。四、地下車庫建筑與結構方案選型1. 基本條件表1 兩個項目地下車庫的工程概況抗震設防烈度7度，（寶山項目）建筑場地類別IV類場地（上海），設計地震分組第一組；場地特征周期：抗震等級非嵌入式四級（墻，柱，梁）嵌入式主樓相關范圍內同主樓，其余范圍四級（墻，柱，梁）鋼筋強度等級HRB400保護層厚度15mm（梁底，頂板底，外墻內側，基礎底板頂，承臺頂）20mm (內柱，扶壁柱內側）50mm（梁頂，頂板頂，外墻外側，扶壁柱外側，基礎底板底）100mm（承臺底)樓板、底板、側板最小配筋率%與45ft/fy的較大值(單向頂板沿短邊方向受力筋，雙向頂板，無梁樓蓋）%（單向頂板沿長邊方向分布筋，外墻水平筋，基礎底板，承臺）%與45ft/fy的較大值(外墻豎向筋)抗浮水頭標高（m）抗壓水頭標高（m）覆土厚度2. 荷載條件表2 地庫設計時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。(底板底標高+）抗壓工況底板恒載（kN/m2）10205。(底板底標高+）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)近年來住宅市場地下車庫典型工程案例，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跨距可停放3輛小車，而小柱跨在一個跨距可停放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. 地庫建筑平面圖本次地下車庫設計研究是以旭輝瀾悅苑（寶山工業(yè)園區(qū)潘涇路東側地塊南塊）項目地下車庫的施工圖為基礎，綜合比較了三個建筑方案，依次為大柱網(wǎng)、大小柱網(wǎng)、小小柱網(wǎng)。本工程地下車庫為非嵌入式地下汽車庫，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：：下表為三種地庫方案下的停車指標分析方案停車數(shù)量（輛）建筑面積（平米）單車指標(平米/輛)備注大柱網(wǎng)61718586此單車面積指標含設備用房。大小柱網(wǎng)61718586小小柱網(wǎng)61719782大柱網(wǎng)與大小柱網(wǎng)車庫除了柱距的區(qū)別外，其余的布局均相同，所以單車指標是一致的。小小柱網(wǎng)由于柱子較密，單車指標增大了，第二個因素由于小小柱網(wǎng)柱距小，在做無梁樓蓋式地庫的設計時候，考慮柱帽對風管的影響，風機房的面積會有所增大，所以小小柱網(wǎng)的單車指標也會增大。a）大柱網(wǎng)車庫通風機房的局部布置圖b）大小柱網(wǎng)車庫通風機房的局部布置圖同大柱網(wǎng)c）小小柱網(wǎng)車庫通風機房的局部布置圖從上面兩張圖可以看出，小小柱網(wǎng)的車庫機房面積更大7. 地庫剖面及結構層高：：根據(jù)地庫頂板結構布置形式確定地庫層高 地庫頂板布置形式圖，地庫建筑層高H=梁高+2800（mm）車庫層高一般指車庫的建筑面層到車庫的頂板的高度，考慮排水綠化等因素。車庫層高=+設備區(qū)高度+結構高度首先：規(guī)范要求：。其次：設備安裝區(qū)所需高度：梁板式600mm~650mm，無梁樓蓋式700mm~750mm。因為無梁樓蓋的設備管線直接設在板底，考慮施工條件，所以設備區(qū)安裝高度加大100mm。第三：結構高度，當結構為梁板式車庫時，結構高度取梁高，當為無