地下室楼板结构设计优化
发表时间：2020-04-09T01:11:10.949Z 来源：《防护工程》2020年1期作者：杨泳芳[导读] 其中楼板结构对地下室经济性影响较大，为了实现技术与经济的统一，本文结合案例对地下室楼板结构设计优化进行了分析。
肇庆市端州建筑设计院有限公司广东省肇庆市 526000
摘要：随着地下空间的广泛应用，地下室结构占整个项目的比重越来越大，其中楼板结构对地下室经济性影响较大，为了实现技术与经济的统一，本文结合案例对地下室楼板结构设计优化进行了分析。
关键词：地下室；楼板结构；设计优化
为了提高城市土地利用率，建筑向上、下两个方向拓展，一方面高层建筑越建越多，另一方面地下空间也得到更充分利用[1]。
地下室是利用地下空间的主要形式之一，楼板结构是影响工程造价和效益的重要因素，其材料用量占整个结构比例很高[2]，而且楼板设计也是地下室结构设计的难点[3]。
因此，本文对地下室楼板结构设计优化进行了探讨。
1 地下室楼板结构形式与设计优化
1.1 地下室楼板结构形式
地下室楼板结构主要包括有梁楼盖、无梁楼盖、空心楼盖等形式。
有梁楼盖也称为梁板式楼盖，这种形式在相互垂直的两个方向设置梁，并且梁有主次之分，适合跨度和开间较大的房间，也是最常见的一种形式，按照梁系布置还可细分为井字梁楼盖、十字梁楼盖、主次梁楼盖、主梁大板楼盖、主梁加腋大板楼盖等形式。
无梁楼盖是一种不设梁的楼盖形式，混凝土板直接支承在柱上，适合非抗震设防区对净空有一定要求的场合。
空心楼盖是由双向密肋梁和薄板构成的楼盖体系，中间空腔由轻质材料芯模填充，这种形式的楼盖看不到明梁，与无梁楼盖一样具有较好的视觉效果，且还具有较好的隔声效果。
1.2 地下室楼板结构设计优化的意义
地下室楼板结构采用大量的混凝土和钢筋，对整个工程项目的经济性有重要影响，设计是决定工程投资控制的关键环节，设计合理性对工程造价有决定性作用。
由于地下室楼板结构形式多，哪种效果最好并没有定论，这就为楼板结构选型及各类型楼板结构的参数选择提供很大空间。
如果设计人员只关注技术性，地下室楼板结构设计必然偏于保守和浪费，导致工程项目经济性能较差；但如果设计人员偏重经济性，又可能使技术指标不符合规范要求，导致工程项目存在安全隐忧。
优化设计的目的就是通过合理分析地下室楼板结构因素，选择最适合工程项目的结构形式和合理参数，达到技术性与经济性的对立统一，使工程项目取得较好经济效益和社会效益。
2 地下室楼板结构设计优化技术
2.1项目背景
案例项目为高层住宅小区地下室，抗震设防烈度为6度，主楼抗震等级为三级，地下室抗震等级为四级。
地下室共2层，层高为3.9m，柱网尺寸为8.4 m×8.4m。
C30混凝土柱，截面尺寸为600mm×600mm。
顶板作为上部结构嵌固端，覆土厚度1.2m，活载取4kN/m2。
2.2地下室楼板设计优化
2.2.1顶板结构设计优化
根据项目情况，地下室楼板提出井字梁结构、十字梁结构、主次梁结构、主梁大板结构4个方案，其中板厚按规范均取180mm，恒载取1.5kN/m2（不考虑自重），主梁截面均取300mm×700mm，次梁截面均取250mm×500mm（主梁大板结构除外）。
经软件计算钢筋用量，井字梁结构梁配筋14.4kg/m2，板配筋15.2kg/m2，钢筋总用量为29.6kg/m2；十字梁结构梁配筋12.5kg/m2，板配筋15.2kg/m2，钢筋总用量为27.7kg/m2；主次梁结构梁配筋13.2kg/m2，板配筋15.2kg/m2，钢筋总用量为28.4kg/m2；主梁大板结构梁配筋6.4kg/m2，板配筋15.2kg/m2，钢筋总用量为25.9kg/m2。
混凝土用量，井字梁结构0.272m3/m2，十字梁结构0.252m3/m2，主次梁结构0.252m3/m2，主梁大板结构0.233m3/m2。
因实际工程用筋量比软件计算大，故需对数据进行修正。
按一跨来计算，井字梁结构用筋量为1929.6kg，十字梁结构用筋量为1867.2kg，主次梁结构用筋量为1981.3kg，主梁大板结构用筋量为1865.2kg。
混凝土用量，井字梁结构27.31m3，十字梁结构21.01m3，主次梁结构21.01m3，主梁大板结构18.91m3。
设定单价，C30混凝土为1250元/m3，钢筋为6500元/t，各方案造价如下：井字梁结构46680元，十字梁结构38399元，主次梁结构39141元，主梁大板结构35761元。
为比较各方案的承载能力和耐久性，计算各方案楼板结构的裂缝和挠度。
裂缝宽度，井字梁结构0.003mm～0.013mm，十字梁结构
0.007mm～0.029mm，主次梁结构0.002mm～0.008mm，主梁大板结构0.024mm～0.158mm。
挠度值，井字梁结构0.297mm，十字梁结构
1.505mm，主次梁结构0.611mm，主梁大板结构21.2mm。
可见，主梁大板结构用料最省，造价最低，而井字梁结构用料最多，造价最高；但从裂缝和挠度来看，井字梁结构最小，而主梁大板结构最大，但仍满足规范要求（32.4mm），因此主梁大板结构经济性最佳，井字梁结构舒适性最优。
2.2.2负一层楼板结构设计优化
因为地下室负一层楼板不采用井字梁结构，提出无梁楼盖结构、十字梁结构、主次梁结构、主梁大板结构4个方案，板厚分别取250mm、120mm、120mm、200mm，活载分别取2.5kN/m2、4kN/m2、4kN/m2、2.5kN/m2，恒载均取2kN/m2（不考虑自重），主梁截面均取300mm×700mm（无梁楼盖结构除外），次梁截面均取250mm×500mm（无梁楼盖结构和主梁大板结构除外）。
实际工程修正后的一跨钢筋用量计算，无梁楼盖结构1852.6kg，十字梁结构1445.2kg，主次梁结构1440.3kg，主梁大板结构1261.4kg。
混凝土用量，无梁楼盖结构
17.64m3，十字梁结构14.098m3，主次梁结构13.6m3，主梁大板结构17.628m3。
各方案造价情况，无梁楼盖结构34092元，十字梁结构27016元，主次梁结构26355元，主梁大板结构30128元。
仍以裂缝和挠度评价各方案承载能力和耐久性。
裂缝宽度，无梁楼盖结构为0.041mm～0.122mm，十字梁结构为0.022mm～0.103mm，主次梁结构为0.022mm～0.039mm，主梁大板结构为0.128～0.153mm。
挠度值，无梁楼盖结构为16.036mm，十字梁结构为4.561mm，主次梁结构为1.847mm，主梁大板结构为21.232mm。
可见，地下室负一层楼板最经济方案是主次梁结构，最不经济方案是无梁楼盖结构。
从裂缝和挠度来看，主次梁结构最小，主梁大板结构最大，但也未超过规范限值（32.4mm）。
通过顶板和负一层楼板不同方案比较来看，最经济的方案并不一致，提示应针对不同部位进行优化，不可惯用某一种方案就一直坚持该方案。
3 结语
目前，地下室楼板结构日益多样化，这也为设计人员的选择增加了难度，为此应尽量多提出几种方案，通过对比分析选择最优方案。
本文通过案例分析发现，地下室顶板和负一层楼板最经济方案不同，提示设计人员不可“墨守成规”，应当根据项目实际情况进行设计优化。
参考文献：
[1]文巧婷. 地下室楼板结构形式对垂直空间优化利用的探讨[J]. 建筑设计管理，2017（7）：97-98，101.
[2]刘伟，徐捷，李剑钊. 地下室楼盖结构选型综合分析[J]. 价值工程，2015（3）：87-88.
[3]吴邦照. 超长深地下室结构设计若干问题和对策[J]. 安徽建筑，2019（7）：112-113，156.。