張麗媛

（廣東博意建筑設計有限公司）

0 引言

以往已有大量文獻對地下室結構設計做了經濟性比對，內容主要集中在地下室頂板采用的梁板結構形式比對：比如對大板結構、主次梁結構、十字梁結構、單向次梁結構等進行技術優(yōu)勢和成本優(yōu)劣比較。通過實際工程案例，試圖從其他角度針對地下室目前比較普遍的設計習慣進行優(yōu)化。比如梁截面尺寸在常規(guī)設計中主要選擇300×700、300×800、400×800等，本案例從縮小梁截面以減少構造鋼筋角度出發(fā)，尋求最優(yōu)含鋼量下的梁截面尺寸建議；對車庫框架柱混凝土標號普遍采用C30的設計習慣進行方案比對等，以尋求得出更經濟合理的地下室頂板設計思路。

1 項目概況

擬建項目位于廣西壯族自治區(qū)南寧市。全部地下室建筑面積15423m2，地下一層。室內場地地坪±0.000相當于絕對標高117.10m，整體設有1層地下室，地下室頂板面標高116.00m，底板標高112.55m（普通停車）、111.10m（機械停車庫）。

項目設計信息：

結構使用年限：50年。建筑結構安全等級：二級。設防類別：丙類。設防烈度7度，設計基本加速度0.15g，設計地震分組第一組，場地特征周期0.35s。場地類別II類。抗震等級：純地下室四級，塔樓相關范圍三級。地基土非液化。地下室防水等級：種植頂板及地下室內電房防水等級一級，其余部位防水等級為二級?？垢∷唬簣龅匚鱾?08.0m；場地東側109.0m。風荷載：基本風壓（50年）：0.35kPa，地面粗糙度類別B類?；A設計等級：乙級。

項目圖紙概況詳見圖1。

圖1 地下室頂板平面圖

2 結構布置

該項目純地下室部分為框架結構，在上部結構的相關范圍內抗震等級為三級，相關范圍以外抗震等級為四級。純地下室部分采用大小跨柱網設計，主要柱網尺寸為7900×6500、7900×4600。頂板為單向次梁結構，頂板厚160mm（一般地下室）、250mm（人防頂板），頂板設計為單向板結構。

2.1 梁截面優(yōu)化

在地下室頂板結構設計中，梁截面尺寸主要有300×700、300×800、400×800 等幾種，本案例從減小主次梁梁截面，減少不必要構造筋角度出發(fā)，對兩種方案下的含鋼量及混凝土用量進行比對：

⑴主梁

優(yōu)化前：無消防車荷載的區(qū)域X方向主梁截面300×700；

優(yōu)化后：無消防車荷載的區(qū)域X方向主梁截面250×650。

⑵次梁

優(yōu)化前：無消防車荷載的區(qū)域X方向次梁截面300×700；

優(yōu)化后：無消防車荷載的區(qū)域X方向次梁截面250×650。

優(yōu)化前后結構布置及配筋結果見圖2。

圖2 梁截面及配筋結果比對

調整主次梁截面后，梁腹板高度hw由500mm減小至450mm，根據《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010第9.2.13條，可不設構造腰筋及拉筋。其中hw的取值參照《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010第6.3.1條及9.2.13條之規(guī)定，以650高梁為例，hw=h（梁高）－h(huán)f（板厚）－as=650－160－40=450。

本案例鋼筋價格按照6000元/噸來進行計算，混凝土按照C30混凝土500元/噸來進行計算。

經濟性對比：每平米可節(jié)省造價7.48元。

減小梁高后，箍筋及混凝土用量也可減少。梁支座面筋增加,配筋率達到1.6%～1.85%，底筋基本不變，整體造價降低。但同時還要考慮到地下室頂板將來要堆土，且有施工車輛行走，配筋率太大會使結構梁延性降低，有開裂風險。

圖3

2.2 梁配筋習慣調整

⑴主梁箍筋按設計習慣一般按加密區(qū)100，非加密區(qū)200設計。根據《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010中表6.3.3：四級框架梁的加密區(qū)箍筋間距最小值為150mm、8d、hb/4中三者最小值。根據《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010第9.2.9條，700mm梁高對應非加密區(qū)箍筋最大間距可取250。建議無消防車荷載區(qū)域X向主梁箍筋調整為8@150/250，詳見圖4。

圖4

⑵對于三段式的主梁，建議精細化設計箍筋，不應全長加密，詳見圖5。

圖5

⑶經計算主次梁相交處剪力設計值約600kN，次梁兩側各3組四肢箍可承受的剪力為434kN，不足的承載力由吊筋承擔，須配置214（60°），吊筋可承擔剪力192kN，合計626kN，可滿足計算要求，詳見圖6。

圖6

2.3 框架柱混凝土標號調整

地下室框架柱混凝土標號按設計習慣普遍采用C30。本案例建議采取與主樓剪力墻相同的混凝土等級，由C30調整至C45，柱配筋可由計算配筋調整為構造配筋，詳見圖7。

圖7

同時要考慮地庫荷載較大，存在不平衡堆載，且采用高強混凝土（比原設計提高3個等級）要注意養(yǎng)護，否則存在開裂風險。

2.4 地下室底板配筋率調整

該項目原設計板厚為350mm，底板鋼筋為12@160雙層雙向拉通，按2.0%配筋率進行設計。朱丙寅《建筑地基基礎設計方法》文中提到，當防水板的配筋由水浮力控制時，防水板受力鋼筋最小配筋率按《混凝土結構設計規(guī)范》GB0010-2010第8.5.1條確定；當為其他情況時，防水板受力鋼筋的最小配筋率按《混凝土結構設計規(guī)范》GB0010-2010第8.5.2條確定，不小于0.15%。

設計建議：水頭大于底板自重的通長筋最小配筋率按0.2%；無水頭或者水頭荷載小于底板自重的按0.179%；筏板基礎底板可取0.15%。

2.5 筏板混凝土標號調整

目前針對筏板基礎常規(guī)設計做法是采用C30混凝土設計，因C30混凝土具有較低的水化熱，且滿足混凝土耐久性的要求，在基礎中廣泛應用。而筏板厚度一般情況下由沖切控制，因此在上部荷載一定的前提下，筏板基礎很難再進一步做薄，優(yōu)化空間受到極大的限制。建議通過合理施工措施，將筏板混凝土強度等級由C30提高至C40，可以有效減小基礎厚度，從而達到節(jié)省成本的目的。同時應注意，一般情況下，混凝土強度等級適當提高可減小筏板厚度，降低構造配筋量等。本建議可作為方案比選備選，混凝土強度等級可根據比選結果選擇，應滿足抗彎、抗剪、抗沖切等驗算。

2.6 地下室側壁配筋優(yōu)化

原設計擋墻厚度300，按承載力計算，外側墻底配筋為As=2610mm2。按裂縫控制計算，外側墻底配筋選用了D22@150+D22@150，實際配筋As=5067mm2，裂縫驗算寬度0.17mm<0.2mm。

按《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》GB/T50476-2008第3.5.4條，在荷載作用下配筋混凝土構件的表面裂縫最大寬度計算值不應超過表3.5.4中的限值。對裂縫寬度無特殊外觀要求的，當保護層設計厚度超過30mm時，可將厚度取為30mm計算裂縫的最大寬度。根據《全國民用建筑工程設計技術措施2009（結構）》（混凝土結構），按《混凝土結構設計規(guī)范》GB0010-2010公式計算得到的鋼筋混凝土受拉、受彎和偏心受壓構件的裂縫寬度，對處于一類環(huán)境中的民用建筑鋼筋混凝土構件，可以不作為控制工程安全的指標。其他基礎構件（包括地下室擋土墻）的允許裂縫寬度可放寬至0.4mm。外墻擋土墻是壓彎構件，計算裂縫寬度，目的是使裂縫控制在一定限度內，以減少鋼筋銹蝕。但一類環(huán)境中，裂縫寬度對鋼筋銹蝕沒有明顯影響。歐盟規(guī)范EN1992-1.1認為“只要裂縫不削弱結構功能，可以不對其加以任何控制”，“對于干燥或永久潮濕環(huán)境，裂縫控制僅保證可接受的外觀，若無外觀條件，0.4mm的限值可放寬”。

綜上所述，側壁配筋偏大原因為：

⑴側壁按壓彎構件設計，裂縫計算寬度可減小。

⑵裂縫驗算的保護層厚度取50mm偏大，可按30mm控制。

⑶裂縫驗算的水位可按常水位，不必按最高水位。（本工程水位較低，水位非主要影響因素）。

側壁配筋優(yōu)化結果：計算中按壓彎構件，適當考慮墻頂荷載（側壁頂上梁板傳來），經優(yōu)化，實配D18@150+D18@150（As=3386mm2），裂縫 0.187mm<0.2mm，比原配筋節(jié)省33%。

3 結論

地下室優(yōu)化的方向突破以往的結構頂板選型局限，從各個角度如梁截面及配筋、框架柱混凝土標號、基礎混凝土標號及配筋率、擋土側壁配筋等出發(fā)，打破常規(guī)設計思路，實現更優(yōu)結構設計方案。