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(lǐng)域?qū)W者都對地下車庫的樓蓋支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)性評價，確定了不同工況下車庫的結(jié)構(gòu)形式，也有很多學(xué)者對地下車庫的柱網(wǎng)調(diào)整或樓蓋支撐結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行了分析，認(rèn)為相比于普通樓蓋，預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋在支撐方面更有優(yōu)勢，但很多學(xué)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(jié)構(gòu)及后期經(jīng)濟(jì)性造成影響，因此，應(yīng)加入對層高的限制，從多方面對地下車庫的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行考量。

2 建筑住宅小區(qū)地下車庫優(yōu)化設(shè)計的必要性

建筑住宅小區(qū)地下車庫的優(yōu)化設(shè)計可通過理論基礎(chǔ)、性能指標(biāo)、支撐結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考量，選擇最優(yōu)的設(shè)計方案，使地下車庫的功能設(shè)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(yùn)用。

首先，地下車庫優(yōu)化設(shè)計可滿足建筑節(jié)能需求。當(dāng)前我國很多地下車庫的建造過程中的資源耗費(fèi)往往是發(fā)達(dá)國家能耗的2～3倍，大多是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計中梁板、樓層結(jié)構(gòu)等并未考慮到后續(xù)居住需求，存在重疊設(shè)計，對后續(xù)的照明設(shè)計及通風(fēng)設(shè)計等造成了影響，或是由于結(jié)構(gòu)在設(shè)計中輪廓用滿了退線，難以繼續(xù)擴(kuò)大面積，即使做到負(fù)3層依然與設(shè)計目標(biāo)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(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

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

3 地下車庫常用的頂板結(jié)構(gòu)形式及分析

根據(jù)GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》，地下車庫樓板保護(hù)層厚度應(yīng)大于30 mm，如果保護(hù)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(shè)計中應(yīng)設(shè)置次梁，其中，單向板肋梁蓋設(shè)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(jié)構(gòu)（見圖2），而不同的梁板也有屬于自己的適用條件，具體應(yīng)根據(jù)板跨長寬比、柱距、荷載等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。

圖1 單向板肋梁蓋結(jié)構(gòu)

圖2 十字梁樓蓋結(jié)構(gòu)

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(jì)性造成不利影響，而單向板肋梁蓋設(shè)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(jìn)行分割，不僅會增加主梁荷載，影響其經(jīng)濟(jì)性，還會加大地下車庫的深埋情況，為此應(yīng)考慮一種創(chuàng)新形式結(jié)構(gòu)，緩解這種問題。

4 地下車庫頂板結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新形式

傳統(tǒng)地下車庫建設(shè)中普遍會用到單向板肋梁蓋結(jié)構(gòu)與十字梁結(jié)構(gòu)等梁式結(jié)構(gòu)，通過以上分析發(fā)現(xiàn)，這種梁式結(jié)構(gòu)普遍會對施工的經(jīng)濟(jì)性及車庫內(nèi)部荷載等方面造成影響，因此，應(yīng)針對這種問題進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，在設(shè)計過程中，可以在主梁中安裝一種芯模結(jié)構(gòu)，讓頂板的中軸部位呈現(xiàn)出一種空腔結(jié)構(gòu)，形成一種空心的無梁樓蓋體系，相對于傳統(tǒng)的梁式結(jié)構(gòu)，這種空心樓蓋結(jié)構(gòu)不僅自重輕，其芯模結(jié)構(gòu)更是運(yùn)用了鋼筋混凝土材料，提升了結(jié)構(gòu)的支撐力，且由于不用再分設(shè)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shè)托板結(jié)構(gòu)，提高柱節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度，滿足荷載承重，這種空心樓蓋結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在力學(xué)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(jié)構(gòu)，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(cè)設(shè)置暗梁，將整體荷載更為有力的向蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳導(dǎo)，有效提升了地下車庫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 地下車庫創(chuàng)新頂板的優(yōu)化設(shè)計

在地下車庫空心樓蓋優(yōu)化設(shè)計中，首先，應(yīng)充分分析空心樓蓋的荷載受力情況。當(dāng)前很多空心樓蓋設(shè)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(shè)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(shè)計中對于填充體的布置有要求，空心樓板在設(shè)計中應(yīng)確保對稱性，這就需要空心樓板設(shè)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(jìn)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(yīng)采用框架法。

JGJ/T 268—2012《現(xiàn)澆筑空心樓板技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，空心樓板類間距應(yīng)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(shí)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(shè)計，應(yīng)計算交叉方向的彈性模量以及剪應(yīng)力情況等，例如，通過擬梁法對空心樓蓋計算時，應(yīng)在相鄰區(qū)域之間每一塊連續(xù)板的各個方向中，設(shè)置6根以上的擬梁，假設(shè)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(yùn)用到空心樓板的內(nèi)部支撐力的計算中，將立體的樓板結(jié)構(gòu)按照樓板交叉方向進(jìn)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(jìn)行考慮，雖然與實(shí)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(dāng)前施工中，空心樓板的設(shè)計還應(yīng)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(yīng)為柱體高度的1/7～1/3，受力鋼筋與柱體的凈間距應(yīng)超過10 mm，且為了保持穩(wěn)定，在底部承受彎矩時，鋼筋應(yīng)全部伸入基座，并在伸入一定長度后進(jìn)行截斷，其伸入長度應(yīng)滿足GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（2015年版）的要求。

鄭州市某住宅小區(qū)于2014年建設(shè)了地下停車場的施工項目，設(shè)計人員分別設(shè)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(jìn)行了標(biāo)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(jié)構(gòu)地下車庫無論是單向板肋梁蓋結(jié)構(gòu)還是十字梁結(jié)構(gòu)，在造價方面普遍高于空心樓蓋結(jié)構(gòu)的造價，因此，運(yùn)用空心樓蓋結(jié)構(gòu)對地下車庫設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化可起到降低造價的效果[3]。

從支撐結(jié)構(gòu)方面來看，傳統(tǒng)的梁式結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)僅需要較小的自重便可以發(fā)揮比原本的梁式結(jié)構(gòu)更為有效的支撐力，因此，空心樓蓋可以應(yīng)用于建筑住宅小區(qū)的地下車庫優(yōu)化設(shè)計工程中，起到比原本設(shè)計更好的效果。

6 結(jié)語

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