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摘要: 纯地下车库虽然没有上部结构，但是要承受来自覆土、绿化景观和小区道路、人防等的重荷载作用，所以在保证安全的前提下，选择合适的顶板结构很重要。本文主要对纯地下车库顶板常用的几种结构形式进行讨论，并就其在不同覆土厚度下的经济性、合理性进行对比分析。
关键词：地下车库、顶板、主次梁结构、无梁板、有梁板
Abstract: pure underground garage although no upper structure, but shall inherit from turns the soil, landscape and village road, such as heavy load of civil air defence, so the safe premise, choose appropriate roof structure is very important. This paper mainly to the pure underground garage of several normal roof structure form will be discussed and the different turns the soil in the thickness of the rationality, efficiency were compared.
Keywords: underground garage, roof, primary and secondary beam structure, no beam, plate beam slab
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
0 引言
随着人们生活水平的提高，汽车也随之进入千家万户，为满足用户的需求，现在一般的住宅小区或者大型商场都会设置地下车库。纯地下车库是没有上部结构的，但是在车库顶板上一般会覆土，而且还会设置消防通道。影响车库顶板结构形式的主要因素有地下层高及覆土厚度。车库顶板结构一般分为有梁板和无梁板两种形式，有梁板又分梁板式肋形板和井字肋形板。
1 无梁板结构
无梁板结构把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系。无梁板是指板无梁、直接用柱头支撑，包括板和柱帽。其工程量按板和柱帽的体积之和计算。当顶板荷载较小时，采用无柱帽的形式；当顶板荷载较大时，为提高板的承载能力、刚度和抗冲切能力，可以在柱顶设置柱帽和托板来减小板跨、增加柱对板的支托面积。无梁板结构由于没有设置梁，所以使得整个地下车库的可利用空间被扩大，同时还节省了建材，提高了施工进度，尤其是使得车库空间布置摆脱梁的制约，变得可以像点菜一样随心所欲。同时也正因为没有设置梁，所以使得建筑的整体抗侧刚度比较差，一般只适用于抗震设计强度不高的建筑，而地下车库一般只考虑抗震构造要求，所以无梁板结构可以较好地应用于地下车库，尤其是地下车库顶板结构。无梁板结构的缺点是需要较厚的板、混凝土和钢筋；从结构性能方面看，无梁板的延性较差，板在柱帽或柱顶处的破坏属于脆性冲切破坏。
2 有梁板结构
有梁板是指由一个方向或者两个方向的梁（主梁、次梁）与板连成一体的钢筋混凝土板，它包括主梁厚板式和井字梁式，工程量按梁、板体积总和计算。只要是带肋梁的板就属于有梁板，不过这里的肋梁不包括框架梁，而是指柱间梁（即所谓的包括主、次梁）。即凡是和梁有平行重合的板，这个梁和板的联合体就叫有梁板。
一般情况下梁板式的优点是混凝土用量较小、受力明确、设计简单，其缺点是施工难度大，工期较长，原因是：（1） 底模复杂，砖模用量较多，土方量稍大；（2） 柔性外防水面积增加，阴阳角增多，防水施工难度增加，容易出现防水盲点； （3）在梁柱节点处钢筋集中，搭接、锚固复杂，混凝土容易出现蜂窝，施工难度大；（4）如在雨季施工，梁地模内易积水，增加施工排水费用；（5）地模内易积垃圾。
3、顶板设计原则
每种结构形式都有优点和缺点，应当根据具体情况，选择合适的结构。在进行顶板设计时，要综合考虑各种情况下的荷载作用。在平时，顶板的荷载作用主要考虑覆土、板自重和活载的总和；在人防情况下，主要考虑覆土、板自重和人防荷载的总和；偶然情况下，要考虑覆土、板自重和消防车荷载的总和。内力计算应根据GB50038-2005第4.10.2条进行。计算时应注意以下问题：1）一般内力计算时采用弹性方法，人防设计时可采用弹塑性方法；2）人防、消防车荷载，荷载分项系数γd＝1.0，其中消防车荷载尚应根据覆土厚度进行折减；3）人防荷载截面设计时，材料强度设计值应考虑综合调整系数γd。
4 实例说明
4.1 设计条件
为了方便分析，本文研究柱网为8.4×8.4m，纵横均为6跨，层高4m。柱截面积为500mm×500mm，无梁板和主梁厚板时板厚均为350mm，井字梁时板厚250mm；梁截面积为b×h=450×900mm，井字梁截面积为b×h=400×700mm，混凝土均为C40，钢筋均为HRB400。
车库顶板覆土厚度通常为0.5-2m，本文分别取0.7m、1.2m、1.8m三个不同的厚度值，并考虑消防车荷载折减，计算并分析在这三种荷载类型下的梁受力情况及工程造价。具体如表1所示。
表格 1
荷载1 荷载2 荷载3 备注
覆土厚度 0.7m 1.2m 1.8m 回填土容重8kN/m3
活载 22 18 14 考虑消防车荷载折减
恒载 10 22 38 不含顶板自重
荷载基本组合 42.8 51.6 65.2 1.2恒载+1.4活载
荷载标准组合 32 40 52 1.0恒载+1.0活载
基本组合比率 1.0 1.27 1.52 以荷载1为基数
4.2 梁内力分析
在这里采用PKPM系列的SATWE软件进行梁内力计算，通过分析顶板梁最大负弯矩、正弯矩和次梁最大弯矩，弯矩值均取自模型的同一位置反映车库顶板梁在不同的荷载情况及不同的顶板结构形式下的内力变化，具体如表2所示。表中弯矩比率是是各顶板结构形式的梁弯矩以井字梁式为基数的比值。
表格 2
荷载1 荷载2 荷载3
结构形式 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板
主梁最大负弯矩 1280 1310 1230 1806 1857 1764 2184 2238 2119
弯矩比率 97.7% 100% 94% 97.3% 100% 95% 97.6% 100% 94.7%
主梁最大正弯矩 1390 1710 1163 1736 2033 1423 1952 2352 1716
弯矩比率 81.2% 100% 68% 85.4% 100% 70% 83% 100% 73%
次梁最大弯矩 0 630 458 0 907 655 0 1084 789
弯矩比率 0 100% 73% 0 100% 72.2% 0 100% 72.8%
由上表可知，在荷载1-3的作用下，各模型梁的弯矩增幅合理，三种结构形式对梁支座弯矩的影响差别不大，但井字梁的结构形式会使主梁正弯矩及次梁弯矩明显增大，表示在適宜的配筋率下，井字梁式的顶板结构需要更高的梁高，在保证同样的净高，就需要更高的层高；无梁板结构的内力计算考虑了板塑性变形内力重分布的能力，充分发挥了材料的潜力。
4.3 工程造价分析
由于这三种结构形式的混凝土用量差不多，在这里主要对钢筋的材料费用采用TSSD系列的TSPT软件进行统计。为方便对比，材料造价中HRB400钢筋按5000元/吨，并考虑钢筋制作、绑扎等费用计算。不同荷载条件下的含钢量、等效板厚、材料造价等见表3，表中的造价比率是各顶板结构形式的材料造价以主梁厚板式为基数的比值。
表格 3
荷载1 荷载2 荷载3
结构形式 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板
梁用钢量（t） 47 44.8 45.6 68 117 99.2 79.7 137.2 119.3
板用钢量（t） 62 67.2 68.4 95.2 51.9 66.1 129.7 51.9 79.6
梁板总用钢量（t） 109 112 114 163.2 168.9 165.3 209.4 189.1 198.9
每平米含钢量(Kg/m2) 55.7 56.8 53.2 64.5 65.1 62.1 74.7 74.5 73.5
折算板厚(mm) 403 358 375 403 358 375 403 358 383
材料造價(元/m2) 473 469.6 458．8 536 519 515.6 598 538.2 557.9
造价比率 100% 99.3% 97% 100% 96.9% 96.2% 100% 90% 93.3%
由上表可知：1）顶板覆土厚0.7m时，三种顶板结构的含钢量接近，主梁厚板式含钢量最小，但折算板厚最大，因而材料造价略高于无梁板结构；2）顶板覆土厚1.2m时，三种顶板结构的含钢量接近，主梁厚板式含钢量最小。3）顶板覆土厚1.8m时，三种顶板结构的含钢量有明显差别，主梁厚板式含钢量最高，无梁板结构次之，井字梁式最低，工程造价也最低。
综上所述，可知，当顶板覆土厚度在1m以下时，选择无梁板结构较为适宜；当顶板覆土厚度在1.0-1.5m时,可选择主梁厚板结构；当顶板覆土厚度在1.5-2.0m时,可选择井字梁结构。
5 结束语
通过对以上三种顶板结构形式模版的梁内力分析和工程造价的计算可知，在实际的设计过程中，应当根据顶板覆土厚度、施工周期等情况，综合考虑，选择适宜的顶板结构。
参考文献：
[1]: 朱建明，王树理，张忠苗编著. 地下空间设计与实践. 中国建材工业出版社, 2007.
[2]: 佳隆等主编. 都市停车库设计. 浙江科学技术出版社, 1999.
[3]: 童林旭著. 地下汽车库建筑设计. 中国建筑工业出版社, 1996
[4]: 中国建筑标准设计研究院组织编制. 国家建筑标准设计图集 05J927-1 汽车库 坡道式 建筑构造. 中国计划出版社, 2007.
[5]: 李朴等主编. 新世纪城市停车场 库 设计图集. 中国电力出版社,
简介：吴迪（1977-12-8），男，黑龙江省齐齐哈尔人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：地下车库、顶板、主次梁结构、无梁板、有梁板
Abstract: pure underground garage although no upper structure, but shall inherit from turns the soil, landscape and village road, such as heavy load of civil air defence, so the safe premise, choose appropriate roof structure is very important. This paper mainly to the pure underground garage of several normal roof structure form will be discussed and the different turns the soil in the thickness of the rationality, efficiency were compared.
Keywords: underground garage, roof, primary and secondary beam structure, no beam, plate beam slab
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
0 引言
随着人们生活水平的提高，汽车也随之进入千家万户，为满足用户的需求，现在一般的住宅小区或者大型商场都会设置地下车库。纯地下车库是没有上部结构的，但是在车库顶板上一般会覆土，而且还会设置消防通道。影响车库顶板结构形式的主要因素有地下层高及覆土厚度。车库顶板结构一般分为有梁板和无梁板两种形式，有梁板又分梁板式肋形板和井字肋形板。
1 无梁板结构
无梁板结构把原来集中受力的梁变成无数分散空间受力的工字结构体系。无梁板是指板无梁、直接用柱头支撑，包括板和柱帽。其工程量按板和柱帽的体积之和计算。当顶板荷载较小时，采用无柱帽的形式；当顶板荷载较大时，为提高板的承载能力、刚度和抗冲切能力，可以在柱顶设置柱帽和托板来减小板跨、增加柱对板的支托面积。无梁板结构由于没有设置梁，所以使得整个地下车库的可利用空间被扩大，同时还节省了建材，提高了施工进度，尤其是使得车库空间布置摆脱梁的制约，变得可以像点菜一样随心所欲。同时也正因为没有设置梁，所以使得建筑的整体抗侧刚度比较差，一般只适用于抗震设计强度不高的建筑，而地下车库一般只考虑抗震构造要求，所以无梁板结构可以较好地应用于地下车库，尤其是地下车库顶板结构。无梁板结构的缺点是需要较厚的板、混凝土和钢筋；从结构性能方面看，无梁板的延性较差，板在柱帽或柱顶处的破坏属于脆性冲切破坏。
2 有梁板结构
有梁板是指由一个方向或者两个方向的梁（主梁、次梁）与板连成一体的钢筋混凝土板，它包括主梁厚板式和井字梁式，工程量按梁、板体积总和计算。只要是带肋梁的板就属于有梁板，不过这里的肋梁不包括框架梁，而是指柱间梁（即所谓的包括主、次梁）。即凡是和梁有平行重合的板，这个梁和板的联合体就叫有梁板。
一般情况下梁板式的优点是混凝土用量较小、受力明确、设计简单，其缺点是施工难度大，工期较长，原因是：（1） 底模复杂，砖模用量较多，土方量稍大；（2） 柔性外防水面积增加，阴阳角增多，防水施工难度增加，容易出现防水盲点； （3）在梁柱节点处钢筋集中，搭接、锚固复杂，混凝土容易出现蜂窝，施工难度大；（4）如在雨季施工，梁地模内易积水，增加施工排水费用；（5）地模内易积垃圾。
3、顶板设计原则
每种结构形式都有优点和缺点，应当根据具体情况，选择合适的结构。在进行顶板设计时，要综合考虑各种情况下的荷载作用。在平时，顶板的荷载作用主要考虑覆土、板自重和活载的总和；在人防情况下，主要考虑覆土、板自重和人防荷载的总和；偶然情况下，要考虑覆土、板自重和消防车荷载的总和。内力计算应根据GB50038-2005第4.10.2条进行。计算时应注意以下问题：1）一般内力计算时采用弹性方法，人防设计时可采用弹塑性方法；2）人防、消防车荷载，荷载分项系数γd＝1.0，其中消防车荷载尚应根据覆土厚度进行折减；3）人防荷载截面设计时，材料强度设计值应考虑综合调整系数γd。
4 实例说明
4.1 设计条件
为了方便分析，本文研究柱网为8.4×8.4m，纵横均为6跨，层高4m。柱截面积为500mm×500mm，无梁板和主梁厚板时板厚均为350mm，井字梁时板厚250mm；梁截面积为b×h=450×900mm，井字梁截面积为b×h=400×700mm，混凝土均为C40，钢筋均为HRB400。
车库顶板覆土厚度通常为0.5-2m，本文分别取0.7m、1.2m、1.8m三个不同的厚度值，并考虑消防车荷载折减，计算并分析在这三种荷载类型下的梁受力情况及工程造价。具体如表1所示。
表格 1
荷载1 荷载2 荷载3 备注
覆土厚度 0.7m 1.2m 1.8m 回填土容重8kN/m3
活载 22 18 14 考虑消防车荷载折减
恒载 10 22 38 不含顶板自重
荷载基本组合 42.8 51.6 65.2 1.2恒载+1.4活载
荷载标准组合 32 40 52 1.0恒载+1.0活载
基本组合比率 1.0 1.27 1.52 以荷载1为基数
4.2 梁内力分析
在这里采用PKPM系列的SATWE软件进行梁内力计算，通过分析顶板梁最大负弯矩、正弯矩和次梁最大弯矩，弯矩值均取自模型的同一位置反映车库顶板梁在不同的荷载情况及不同的顶板结构形式下的内力变化，具体如表2所示。表中弯矩比率是是各顶板结构形式的梁弯矩以井字梁式为基数的比值。
表格 2
荷载1 荷载2 荷载3
结构形式 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板
主梁最大负弯矩 1280 1310 1230 1806 1857 1764 2184 2238 2119
弯矩比率 97.7% 100% 94% 97.3% 100% 95% 97.6% 100% 94.7%
主梁最大正弯矩 1390 1710 1163 1736 2033 1423 1952 2352 1716
弯矩比率 81.2% 100% 68% 85.4% 100% 70% 83% 100% 73%
次梁最大弯矩 0 630 458 0 907 655 0 1084 789
弯矩比率 0 100% 73% 0 100% 72.2% 0 100% 72.8%
由上表可知，在荷载1-3的作用下，各模型梁的弯矩增幅合理，三种结构形式对梁支座弯矩的影响差别不大，但井字梁的结构形式会使主梁正弯矩及次梁弯矩明显增大，表示在適宜的配筋率下，井字梁式的顶板结构需要更高的梁高，在保证同样的净高，就需要更高的层高；无梁板结构的内力计算考虑了板塑性变形内力重分布的能力，充分发挥了材料的潜力。
4.3 工程造价分析
由于这三种结构形式的混凝土用量差不多，在这里主要对钢筋的材料费用采用TSSD系列的TSPT软件进行统计。为方便对比，材料造价中HRB400钢筋按5000元/吨，并考虑钢筋制作、绑扎等费用计算。不同荷载条件下的含钢量、等效板厚、材料造价等见表3，表中的造价比率是各顶板结构形式的材料造价以主梁厚板式为基数的比值。
表格 3
荷载1 荷载2 荷载3
结构形式 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板 主梁 井字梁 无梁板
梁用钢量（t） 47 44.8 45.6 68 117 99.2 79.7 137.2 119.3
板用钢量（t） 62 67.2 68.4 95.2 51.9 66.1 129.7 51.9 79.6
梁板总用钢量（t） 109 112 114 163.2 168.9 165.3 209.4 189.1 198.9
每平米含钢量(Kg/m2) 55.7 56.8 53.2 64.5 65.1 62.1 74.7 74.5 73.5
折算板厚(mm) 403 358 375 403 358 375 403 358 383
材料造價(元/m2) 473 469.6 458．8 536 519 515.6 598 538.2 557.9
造价比率 100% 99.3% 97% 100% 96.9% 96.2% 100% 90% 93.3%
由上表可知：1）顶板覆土厚0.7m时，三种顶板结构的含钢量接近，主梁厚板式含钢量最小，但折算板厚最大，因而材料造价略高于无梁板结构；2）顶板覆土厚1.2m时，三种顶板结构的含钢量接近，主梁厚板式含钢量最小。3）顶板覆土厚1.8m时，三种顶板结构的含钢量有明显差别，主梁厚板式含钢量最高，无梁板结构次之，井字梁式最低，工程造价也最低。
综上所述，可知，当顶板覆土厚度在1m以下时，选择无梁板结构较为适宜；当顶板覆土厚度在1.0-1.5m时,可选择主梁厚板结构；当顶板覆土厚度在1.5-2.0m时,可选择井字梁结构。
5 结束语
通过对以上三种顶板结构形式模版的梁内力分析和工程造价的计算可知，在实际的设计过程中，应当根据顶板覆土厚度、施工周期等情况，综合考虑，选择适宜的顶板结构。
参考文献：
[1]: 朱建明，王树理，张忠苗编著. 地下空间设计与实践. 中国建材工业出版社, 2007.
[2]: 佳隆等主编. 都市停车库设计. 浙江科学技术出版社, 1999.
[3]: 童林旭著. 地下汽车库建筑设计. 中国建筑工业出版社, 1996
[4]: 中国建筑标准设计研究院组织编制. 国家建筑标准设计图集 05J927-1 汽车库 坡道式 建筑构造. 中国计划出版社, 2007.
[5]: 李朴等主编. 新世纪城市停车场 库 设计图集. 中国电力出版社,
简介：吴迪（1977-12-8），男，黑龙江省齐齐哈尔人，职称：工程师，学历：本科，主要研究方向：结构设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。