部海洋，高東亮，李海雷

（中國建筑第二工程局有限公司，沈陽 110016）

1 引言

很多國內(nèi)建筑領域學者都對地下車庫的樓蓋支撐結構進行了結構性評價，確定了不同工況下車庫的結構形式，也有很多學者對地下車庫的柱網(wǎng)調整或樓蓋支撐結構的受力進行了分析，認為相比于普通樓蓋，預應力混凝土樓蓋在支撐方面更有優(yōu)勢，但很多學者的研究中未考慮到地下空間高度的限制問題，增加層高就意味著加大土方挖掘量，很容易對工程的結構及后期經(jīng)濟性造成影響，因此，應加入對層高的限制，從多方面對地下車庫的優(yōu)化設計進行考量。

2 建筑住宅小區(qū)地下車庫優(yōu)化設計的必要性

建筑住宅小區(qū)地下車庫的優(yōu)化設計可通過理論基礎、性能指標、支撐結構、經(jīng)濟性等方面綜合考量，選擇最優(yōu)的設計方案，使地下車庫的功能設計更為合理，造型更為新穎，符合群眾的要求，確保社會資源得到充分運用。

首先，地下車庫優(yōu)化設計可滿足建筑節(jié)能需求。當前我國很多地下車庫的建造過程中的資源耗費往往是發(fā)達國家能耗的2～3倍，大多是由于結構設計中梁板、樓層結構等并未考慮到后續(xù)居住需求，存在重疊設計，對后續(xù)的照明設計及通風設計等造成了影響，或是由于結構在設計中輪廓用滿了退線，難以繼續(xù)擴大面積，即使做到負3層依然與設計目標相差很多車位，難以滿足規(guī)劃要求，造成了較多的無效成本，應進行優(yōu)化設計。

另外，地下車庫的優(yōu)化設計還可以有效提升工程的經(jīng)濟性，例如，地庫中車輛的停車方式、邊角、單獨車位寬度、車道寬度等設計普遍應立足于車庫整體結構，因此，對結構加以優(yōu)化，可以有效改善各方面設計。同時結構方面的選材也會受到結構類型的影響，因此，應通過合理的優(yōu)化設計，滿足當前社會的各項需求[1]。

3 地下車庫常用的頂板結構形式及分析

根據(jù)GB 50108—2008《地下工程防水技術規(guī)范》，地下車庫樓板保護層厚度應大于30 mm，如果保護層過厚則需要增加鋼筋網(wǎng)避免開裂，為了減小梁板跨度，地下車庫在頂板設計中應設置次梁，其中，單向板肋梁蓋設計中，次梁會將主梁圍成單向板（見圖1），或通過次梁將主梁圍成的板分成多個小雙向板，如十字梁結構（見圖2），而不同的梁板也有屬于自己的適用條件，具體應根據(jù)板跨長寬比、柱距、荷載等參數(shù)進行設計。

圖1 單向板肋梁蓋結構

圖2 十字梁樓蓋結構

例如，在一個柱距為8 m×8 m的地下車庫中采用十字梁板的建筑方式，其內(nèi)部的梁板被分割成4塊4 m×4 m的小板，其厚度與跨度的比例為1∶16，可提高梁板材料的利用率，但由于十字梁板中的次梁會搭在主梁上，從而增加主梁的彎矩以及整體荷載，主梁的內(nèi)部支撐力在地層荷載的作用下很容易發(fā)生形變，因此，反而會增加板的厚度，起到足夠的支撐作用，這也會增加項目的施工成本，對項目經(jīng)濟性造成不利影響，而單向板肋梁蓋設計中會受到與十字梁板同樣的影響，例如，同樣是8 m×8 m的車庫通過次梁將主梁板進行分割，不僅會增加主梁荷載，影響其經(jīng)濟性，還會加大地下車庫的深埋情況，為此應考慮一種創(chuàng)新形式結構，緩解這種問題。

4 地下車庫頂板結構的創(chuàng)新形式

傳統(tǒng)地下車庫建設中普遍會用到單向板肋梁蓋結構與十字梁結構等梁式結構，通過以上分析發(fā)現(xiàn)，這種梁式結構普遍會對施工的經(jīng)濟性及車庫內(nèi)部荷載等方面造成影響，因此，應針對這種問題進行優(yōu)化創(chuàng)新，在設計過程中，可以在主梁中安裝一種芯模結構，讓頂板的中軸部位呈現(xiàn)出一種空腔結構，形成一種空心的無梁樓蓋體系，相對于傳統(tǒng)的梁式結構，這種空心樓蓋結構不僅自重輕，其芯模結構更是運用了鋼筋混凝土材料，提升了結構的支撐力，且由于不用再分設更多的次梁，也在一定程度上降低了施工成本[2]。

這種空心樓蓋結構可使用較大剛度的梁作為樓板，對樓蓋提供剛性支撐，或以剛度較小的梁作為樓蓋的柔性支撐樓蓋，使柱體為樓板提供足夠的支撐力，從而替代原本的剛性梁與柔性梁的柱支撐結構，在車庫樓板厚度有限制，且抗沖切計算難以滿足要求時，可增設托板結構，提高柱節(jié)點的抗剪強度，滿足荷載承重，這種空心樓蓋結構相比于傳統(tǒng)結構在力學性能方面更為合理，可較好地提升樓板的整體性能。

由于空心樓蓋中由芯模取代樓板中軸部位原本的混凝土結構，將矩形截面變成工字形支撐面，減少了工程材料用量以及樓蓋的自重，同時還可以提升截面的承載能力，并且通過在柱頂端與軸線兩側設置暗梁，將整體荷載更為有力的向蜂窩結構進行傳導，有效提升了地下車庫結構的穩(wěn)定性。

5 地下車庫創(chuàng)新頂板的優(yōu)化設計

在地下車庫空心樓蓋優(yōu)化設計中，首先，應充分分析空心樓蓋的荷載受力情況。當前很多空心樓蓋設計中，都會采用筒芯內(nèi)膜，即使樓板適合雙向板尺寸也依舊設計為單向板。由于筒芯方向的受力也是不可以被忽略的，再加上雙向板設計中對于填充體的布置有要求，空心樓板在設計中應確保對稱性，這就需要空心樓板設計中，要通過擬梁法、擬板法、框架法等對平衡條件及形變情況進行計算，例如，在空心樓板周邊屬于剛性支撐時，可采用擬梁法，而柱支撐與柔性支撐是則應采用框架法。

JGJ/T 268—2012《現(xiàn)澆筑空心樓板技術規(guī)程》規(guī)定，空心樓板類間距應小于板厚的2倍，因此，空心樓板雙向剛度差較小時，可按照各方向的同性板計算，板的彈性模量E可通過式（1）計算：

式中，I為單元截面的慣性矩，m4；Ia為空心板截面慣性矩，m4；Ec為混凝土的彈性模量，Pa。

所得到的彈性模量E可用于等厚度的實心板，并可通過計算彈性木梁到梁跨版中的最大彎矩得出各個支撐座體的彎矩。而對于各向異性板的空心樓板設計，應計算交叉方向的彈性模量以及剪應力情況等，例如，通過擬梁法對空心樓蓋計算時，應在相鄰區(qū)域之間每一塊連續(xù)板的各個方向中，設置6根以上的擬梁，假設每根擬梁的抗彎剛度相同，則擬梁的空心樓板寬度可通過式（2）計算：

式中，ba為擬梁的空心樓板寬度，mm；bc為擬梁本身的寬度，mm；Ia為擬梁的空心樓板的內(nèi)截面慣性距離，mm。

而框架法則可運用到空心樓板的內(nèi)部支撐力的計算中，將立體的樓板結構按照樓板交叉方向進行簡化，特別是在平面框架體系中，只有橫向與豎向兩個方向的支撐力，此時可忽略墻體荷載的立體分布情況，且可按照剛度無限的情況進行考慮，雖然與實際荷載情況存在差異，但由于受到柔性支撐作用，仍具有一定的參考價值。首先，在豎向荷載中，框架梁的寬度可取與樓板垂直的相鄰跨板的距離，按照任意一個截面的慣性矩Ib：

式中，Ia1為柱軸線截面的慣性矩，m4；Is為除了柱軸截面的外樓板截面的慣性矩，m4。

對于柱中線的截面慣性矩，可按照式（4）計算：

式中，c2為垂直與梁跨板方向的柱寬度，m；I1為截面慣性矩，m4；I2為計算方向及與之垂直方向柱支座中心線間距離，m。

而當前施工中，空心樓板的設計還應考慮不同受力方向的支撐情況，其中，肋間距一般為700～1 200 mm，肋的寬度應為柱體高度的1/7～1/3，受力鋼筋與柱體的凈間距應超過10 mm，且為了保持穩(wěn)定，在底部承受彎矩時，鋼筋應全部伸入基座，并在伸入一定長度后進行截斷，其伸入長度應滿足GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》（2015年版）的要求。

鄭州市某住宅小區(qū)于2014年建設了地下停車場的施工項目，設計人員分別設計了0.5 m、0.9 m、1.5 m厚的施工樓板，在加入土方挖掘施工成本后，將各項施工方式的成本造價進行了標注（見表1）。

表1 鄭州小區(qū)停車場樓板施工造價

從施工造價方面來看，傳統(tǒng)的梁式結構地下車庫無論是單向板肋梁蓋結構還是十字梁結構，在造價方面普遍高于空心樓蓋結構的造價，因此，運用空心樓蓋結構對地下車庫設計進行優(yōu)化可起到降低造價的效果[3]。

從支撐結構方面來看，傳統(tǒng)的梁式結構由于結構本身自重較大，在承載方面需要通過增加樓板支撐厚度起到保證一定的穩(wěn)定性，而空心樓蓋結構僅需要較小的自重便可以發(fā)揮比原本的梁式結構更為有效的支撐力，因此，空心樓蓋可以應用于建筑住宅小區(qū)的地下車庫優(yōu)化設計工程中，起到比原本設計更好的效果。

6 結語

總而言之，在建筑住宅小區(qū)車庫設計中，新式的空心樓蓋結構在經(jīng)濟性與穩(wěn)定性方面比傳統(tǒng)的梁式結構擁有更大的優(yōu)勢，因此，合理運用空心樓蓋結構時應嚴格分析其支撐結構的受力情況，并做好精確的計算，通過合理運用空心樓蓋結構提供比傳統(tǒng)的方式更為有效的支撐，滿足設計需求，有效優(yōu)化地下車庫的設計結構。