地下车库结构的经济分析---开来预应力专利技术介绍（二）
2016-04-07
1、常见地下车库柱网及楼盖类型
通常情况下，地下车库所停放的车辆以中小型汽车为主(地下车库停车场地应以中型轿车长4.9米×宽1.8米×高1.8米为设计标准车型尺寸)。地下停车库的柱网尺寸布置须考虑到以下几点要求：
(1)保证足够的行车、停车空间;
(2)减少不可利用面积，留有一定的使用灵活性;
(3)结构的合理性和经济性;
(4)尽可能统一柱网尺寸等。
一般来说，柱网尺寸太小则不便于行车与停放，柱网尺寸过大虽利于使用、停车，但增大柱距，使得屋盖结构厚度增大、造价较高。因此，应确定一个合理的柱网尺寸，地下车库常见的柱网尺寸为7.2m×7.2m、8.4 m×8.4m等。
为尽量节约开发用地，满足城市绿化要求，地下车库顶板上部可作覆土、形成城市绿化花园。按照种植的植被不同，对所需覆土厚度亦有差别，常见地下车库覆土层厚度为800mm、1000mm和1200mm等。
地下车库顶板常见的结构形式有主梁大板(普通主梁大板、主梁内配置预应力筋的主梁大板、梁板内均配置预应力筋的主梁大板)、主次梁楼板、无梁楼盖(无梁空心楼盖、普通无梁楼盖、配预应力筋的无梁楼盖)等，分别见图1、图2、图3。
图1、主梁大板结构形式
图2、主次梁结构形式
图3、无梁楼盖(板柱结构)
为了探讨各种楼盖体系的技术经济指标，选取7.2m×7.2m、8.4 m×8.4m两种柱网尺寸5×5跨作为计算单元，建立模型，对其在覆土厚度为800mm、1000mm和1200mm三种条件下(其余条件均假定相同)的上述楼盖体系形式进行分析比较，以期能够得到各楼盖体系经济技术指标。表1给出了上述各种楼盖体系尺寸。
表一、各种楼盖体系尺寸
|
结构类型 |
构件尺寸 |
800mm覆土 |
1000mm覆土 |
1200mm覆土 |
|||
|
7.2m |
8.4 m |
7.2m |
8.4 m |
7.2m |
8.4 m |
||
|
普通主梁大板 |
板厚 |
250 |
300 |
250 |
320 |
280 |
350 |
|
主梁b |
400 |
500 |
450 |
500 |
500 |
500 |
|
|
主梁h |
800 |
850 |
850 |
900 |
900 |
1000 |
|
|
主梁内配置 预应力筋的主梁大板 |
板厚 |
250 |
300 |
250 |
320 |
280 |
350 |
|
主梁b |
350 |
450 |
350 |
450 |
400 |
500 |
|
|
主梁h |
750 |
800 |
800 |
850 |
850 |
900 |
|
|
梁板内均配置 预应力筋的主梁大板 |
板厚 |
250 |
300 |
250 |
320 |
280 |
350 |
|
主梁b |
350 |
450 |
350 |
450 |
400 |
500 |
|
|
主梁h |
750 |
800 |
800 |
850 |
850 |
900 |
|
|
主次梁楼板 |
板厚 |
180 |
200 |
180 |
220 |
200 |
250 |
|
主梁b |
350 |
450 |
400 |
450 |
450 |
500 |
|
|
主梁h |
800 |
800 |
800 |
850 |
900 |
900 |
|
|
次梁b |
250 |
250 |
250 |
300 |
250 |
300 |
|
|
次梁h |
500 |
600 |
550 |
650 |
650 |
700 |
|
|
空心无梁楼盖 |
板厚 |
300 |
400 |
350 |
500 |
400 |
550 |
|
普通无梁楼盖 |
板厚 |
300 |
320 |
320 |
400 |
350 |
500 |
|
配预应力筋的无梁楼盖 |
板厚 |
250 |
250 |
250 |
300 |
280 |
350 |
其中：空心无梁楼盖的空心率为30-35%。
2、不同楼盖形式下板经济技术指标分析
2.1 地下车库楼盖材料用量指标
为确保精确统计出上述各种楼盖在不同覆土层厚度下，地下车库顶板各材料(混凝土、钢筋、预应力筋和模板)单位面积用量，本文采用SATWE软件及有限元软件对上述各方案进行设计，统计出各楼盖顶板单位面积各主要材料用量，见表2.
表2 不同跨度顶板各楼盖材料单位用量
|
结构形式 |
覆土 |
7.2*7.2m |
8.4*8.4m |
||||||
|
混凝土 |
钢筋 |
预应力筋 |
模板 |
混凝土 |
钢筋 |
预应力筋 |
模板 |
||
|
普通主梁大板 |
800 |
0.31 |
50.2 |
—— |
1.31 |
0.36 |
68.1 |
—— |
1.26 |
|
1000 |
0.34 |
55.4 |
—— |
1.33 |
0.39 |
75.9 |
—— |
1.28 |
|
|
1200 |
0.38 |
59.1 |
—— |
1.41 |
0.43 |
82.4 |
—— |
1.31 |
|
|
主梁内配置 预应力筋的主梁大板 |
800 |
0.3 |
46.6 |
1.6 |
1.28 |
0.35 |
60.2 |
2.31 |
1.24 |
|
1000 |
0.31 |
49.8 |
1.9 |
1.31 |
0.38 |
67.5 |
2.56 |
1.26 |
|
|
1200 |
0.35 |
54.4 |
2.2 |
1.32 |
0.41 |
73.8 |
2.78 |
1.27 |
|
|
梁板内均配置 预应力筋的主梁大板 |
800 |
0.3 |
22.7 |
7.2 |
1.28 |
0.35 |
32.5 |
8.86 |
1.24 |
|
1000 |
0.31 |
25.1 |
7.9 |
1.31 |
0.38 |
40.2 |
9.74 |
1.26 |
|
|
1200 |
0.35 |
28.7 |
8.2 |
1.32 |
0.41 |
48.1 |
10.8 |
1.27 |
|
|
主次梁楼板 |
800 |
0.25 |
49.3 |
—— |
1.59 |
0.32 |
68.1 |
—— |
1.58 |
|
1000 |
0.31 |
52.5 |
—— |
1.89 |
0.35 |
75.1 |
—— |
1.74 |
|
|
1200 |
0.36 |
54.1 |
—— |
2.17 |
0.39 |
80.8 |
—— |
1.88 |
|
|
空心无梁楼盖 |
800 |
0.195 |
40.3 |
—— |
1 |
0.26 |
57.0 |
—— |
1.01 |
|
1000 |
0.23 |
44.6 |
—— |
1.03 |
0.33 |
60.3 |
—— |
1.03 |
|
|
1200 |
0.26 |
46.1 |
—— |
1.05 |
0.39 |
63.2 |
—— |
1.04 |
|
|
普通无梁楼盖 |
800 |
0.32 |
48.5 |
—— |
1.05 |
0.36 |
65.7 |
—— |
1.03 |
|
1000 |
0.35 |
51.2 |
—— |
1.08 |
0.43 |
68.4 |
—— |
1.06 |
|
|
1200 |
0.37 |
56.2 |
—— |
1.1 |
0.52 |
72.8 |
—— |
1.07 |
|
|
配预应力筋 无梁楼盖 |
800 |
0.26 |
24.8 |
7.4 |
1.01 |
0.28 |
34.5 |
9.8 |
1.01 |
|
1000 |
0.28 |
26.4 |
8.1 |
1.03 |
0.32 |
36.5 |
11.4 |
1.02 |
|
|
1200 |
0.31 |
28.3 |
8.7 |
1.06 |
0.38 |
38.5 |
13.5 |
1.05 |
|
2.2 材料价格指标
根据江苏省建筑工程定额统计计算，设钢材市场价格为m元/t，普通钢筋综合价格(包括人工、材料、机械、管理费、利润等)为(1.04m+846)元/t，预应力钢绞线综合价格为(m+7490)元/t;设混凝土市场价格为n元/m3，无梁楼盖的混凝土综合价格为(1.04n+56.69)元/m3，有梁板的混凝土综合价格为(1.04n+58.91)元/m3。
在造价分析中，材料价格取值条件如下：混凝土400元/m3，钢材2800元/t;则各材料综合价格分别为：无梁楼盖混凝土512.7元/m3(有梁板为514.9元/m3)、钢材5046元/t、预应力筋12490元/t、模板45元/m2，空心无梁楼盖内填薄壁空心筒体造价65元/m2。
2.3 地下车库各楼盖经济指标
按照材料价格指标，根据表4我们得出不同跨度下上述各楼盖形式单位面积造价.图2、图3则利用曲线形式表示出各楼盖单位面积造价。
表3 不同跨度下各楼盖单位面积总造价
|
柱网尺寸 |
覆土800mm各楼盖单位面积总造价（元/m2） |
||||||
|
普通主梁大板 |
主梁内配置预应力筋的主梁大板 |
梁板内均配置预应力筋的主梁大板 |
主次梁楼板 |
空心无梁楼盖 |
普通无梁楼盖 |
配预应力筋无梁楼盖 |
|
|
7.2m |
509.9 |
501.9 |
427.4 |
505.6 |
464.4 |
492.4 |
410.8 |
|
8.4m |
639.7 |
615.1 |
528.8 |
635.1 |
577.5 |
608 |
508.9 |
|
覆土1000mm各楼盖单位面积总造价（元/m2） |
|||||||
|
7.2m |
556.2 |
531 |
456.5 |
549.7 |
490.6 |
523.6 |
439.6 |
|
8.4m |
701.7 |
677.2 |
601.8 |
698.6 |
631.1 |
664.8 |
560.4 |
|
覆土1000mm各楼盖单位面积总造价（元/m2） |
|||||||
|
7.2m |
601.2 |
582 |
501.8 |
596.1 |
530.4 |
564.4 |
474.1 |
|
8.4m |
761.3 |
732.8 |
677.5 |
758.6 |
681.7 |
734.4 |
628.4 |
图2 7.2m跨度下各楼盖单位面积总造价
图3 8.4m跨度下各楼盖单位面积总造价
2.4、从上述图表中，可以得到以下初步结果：
(1)结构层高：假定地下车库净高为定值，则采用主梁大板楼盖所需层高最高，而采用预应力筋的无梁楼盖所需层高最小(本文中两者层高差值达0.65m)，结构层高直接影响地下车库基础开挖深度、开挖土方量以及基坑支护造价，将对地下车库整体造价产生重要影响。
(2)同跨度下各楼盖单位面积主要材料用量消耗比较：地下车库采用普通无梁楼盖形式的混凝土单位面积用量最多，最少的则是采用无梁空心楼盖;单位面积模板用量最多的楼盖形式为主次梁楼板，最少的是无梁空心楼盖;配置预应力筋的主梁大板及无梁楼盖等三种形式，相比其普通楼盖形式能够有效降低普通钢筋单位面积用量。
(3)随着跨度增加，覆土厚度相同的各楼盖形式材料增量：地下车库各楼盖单位面积普通钢筋用量增长率最快，模板单位面积用量增长率最少。而配置预应力筋的各楼盖，预应力筋用量增长率最快的是采用预应力筋的无梁楼盖。
(4)造价上看出，同种跨度下的地下车库在不同覆土条件下，各楼盖单位面积造价最经济的是采用配置预应力筋的无梁楼盖形式，其次是梁板内均配置预应力筋的主梁大板结构形式，采用普通主梁大板或主次梁楼板形式的楼盖单位面积造价最高。同一条件下，采用不同配筋形式的无梁楼盖体系，采用无梁空心楼盖单位面积造价为其普通楼盖的95%左右，而采用预应力筋的无梁楼盖单位面积造价仅为其普通无梁楼盖造价的85%左右。
3、其他影响因素研究
建筑工程的造价不仅与建筑材料有关系，还与施工单位的人工费用、机械化程度和机械台班费用等有着密切关系。后者对象不同对建筑工程的造价影响难以量化。本文仅分析建筑材料(混凝土、普通钢筋、预应力筋、模板)市场价格变动对楼盖造价的影响，根据表4，我们对5×5跨度为8.4m×8.4m(覆土厚度为800mm)的普通无梁楼盖和配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价的差值进行单因素敏感性分析。
单因素敏感性分析法，是指就单个不确定因素的变动对方案经济效果的影响所作的分析。在分析方法上类似于数学上多元函数的偏微分，即在计算某个因素的变动对经济效果指标的影响时，假定其它因素均不发生变化。而敏感性分析目的是通过分析不确定因素(本文指建筑材料价格，即混凝土、普通钢筋、预应力钢筋、模板价格)的数值变化对项目的经济效益评价指标(普通无梁楼盖和配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价的差值)的影响，从中找到敏信息感因素，并确定影响程度，以便制定相应对策，防范和降低风险，确保楼板达到最经济的预期目标。
图4 市场材料价格变化的单因素敏感性分析
图4为单因素变动(材料价格从-20%至20%变动)对普通无梁楼盖和配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价的差值的影响。材料价格以市场价格为参照，敏感性分析见图5.
图5 敏感性分析图
由图4、5可才看出，在同样价格变动率的条件下，普通钢筋对楼盖单位面积工程造价差值影响最大，其次是预应力筋，再是混凝土，而模板影响程度最小。以上仅对材料价格变动对楼盖造价影响进行分析。经过多次测算，当钢材价格降至400元/t时，该模型下的普通无梁楼盖单位面积工程造价(298.2元/m2)低于配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价(298.8元/m2);而对于无梁空心楼盖与配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价相比而言，当钢材价格降至1200元/t，无梁空心楼盖单位面积工程造价(335.7元/m2)低于配预应力筋的无梁楼盖单位面积工程造价(335.5元/m2)。因此我们可推断：采用预应力筋的无梁楼盖单位面积造价在钢材价格正常波动范围内均比其他两种无梁楼盖形式节省。
对人工和机械的价格变动影响，不同的施工单位应根据具体情况具体分析。采用预应力混凝土结构能不仅降低混凝土、普通钢筋、模板的用量，而且减小结构层高、减小结构自重。能节省混凝土浇捣、支设模板、钢筋绑扎等方面能材料及人工费用的同时，采用预应力混凝土结构，预应力筋铺束与绑扎可与普通钢筋交叉进行，节约工期，但增加一定施工难度、施工机械器具、人工费与机械器具费用也相应增加，预应力工程需要专业的预应力施工单位。因此对采用预应力混凝土结构在人工费与机械台班费用方面经济性能的分析应结合工程的实际情况进行分析。
4、结论：
通过分析，城市地下车库顶板采用“有粘结预应力板”技术的无梁楼盖有以下优势：
(1)在满足建筑使用空间、结构使用安全的情况下，地下车库采用预应力筋的无梁楼盖结构形式可明显降低结构的整体高度，能够有效地降低地下车库楼盖单位面积总造价;
(2)可加快施工速度：采用预应力无梁楼盖结构形式, 可加快施工进度，其原因：
①无梁楼盖结构形式结构相对于有梁结构，模板安拆简单方便，且降低模板用量;
②采用预应力无梁楼盖结构，减少普通钢筋用量将减少，绑扎板钢筋快捷方便，预应力筋铺束与绑扎可与普通钢筋交叉进行，节约工期。
③当混凝土强度达到设计强度的75%即可进行预应力筋的张拉，张拉结束即可以拆除模板，并不影响工期。
(3)在地下车库楼盖设计、施工中，对其裂缝控制要求严格，采用预应力混凝土结构具有优越的抗裂性能。在该结构中，预应力筋以抛物线形式布置，预应力筋产生的荷载可平衡大部分板面恒载，且产生轴向压应力(约为1.5~ 2.5MPa)，使平板挠度大大减少，地下车库抗裂性能将大大提高。
(4)人工材料机械市场价格的变动对采用预应力筋楼盖的优越性也会产生一定影响，本文仅从建筑材料的价格对相关楼盖的优越性影响进行单因素敏感分析，结果表明普通钢筋市场价格变动对其造价差值影响最大，其次是预应力钢筋，模板影响程度最小。在材料价格正常波动范围内，采用预应力筋无梁楼盖单位面积造价要比其他两种无梁楼盖形式节省。
5、地下车库使用有粘结预应力板技术的设计建议：
(1)底板应用有粘结预应力筏板，可以节省造价80-200元/平米，埋深越大，水位越高，节省量越大;
(2)顶板：
A、独立地下车库建议使用有粘结预应力无梁楼盖技术;
B、与主楼连接的地下车库，建议使用有粘结扁梁大板技术。
以上两种结构的造价基本相同，无梁楼盖因为柱帽作用，节省率略高一些。在覆土1m时，可以较RC框架结构节省100元/平米左右。
