高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较

百家论坛建筑结构.技术通讯2007年1月[编者按]“专家论坛”栏目自开办以来受到了读者的普遍欢迎。为了方便更多工程设计一线的专家、学者和工程技术人员参与到讨论中，使大家能各抒己见，交流经验，取长补短，共同提高，2007年本栏目更名为“百家论坛”，将以更加客观、公正的态度为大家打造一个宽松的讨论、切磋氛围，欢迎广大一线工程技术人员积极参与。高层建筑地下室及地下车库结构选型的经济比较李国胜闫颖（北京市建筑设计研究院100055）（中天王董国际工程设计顾问有限公司北京100037）高层建筑的地下室及地下车库，采用无梁楼板和平板式筏基时，以及上部仅有低层裙房、或无地上房屋的地下车库采用独立柱基抗水板时，可以降低地下室层高，减少基础埋深、墙高、外墙防水面积、土方及护坡、降水及抗浮费用，以及减少了因基础反梁需回填的材料和工序。与传统采用梁板式楼盖和梁板式筏基的综合比较表明，有明显的经济效益。1第一作者简介：李国胜，教授级高工，一级注册结构工程师，政府特殊津贴专家，中国建筑学会结构分会高层建筑结构专业委员会委员。曾任北京市建筑设计研究院第二设计所副所长、北京星胜建筑工程设计有限公司结构总工程师、中天王董国际工程设计顾问有限公司顾问、北京双圆工程咨询监理有限公司专家组结构专家等。参与北京展览馆、前苏联驻华大使馆、北京人民大会堂、国际金融大厦、西苑饭店等多项工程的设计，及薄壁混凝土岩棉复外墙板在高层大模板建筑体系中的应用和大开间灵活分隔住宅体系的研究，多次获省市、建设部和鲁班奖等奖项。发表论文多篇，出版多部专业畅销书籍，最新编著的《混凝土结构设计禁忌及实例》一书已于2007年1月由中国建筑工业出版社出版。作者联系电话：64933719（H），13911085209。1地下室结构选型1.1高层建筑地下室现在公共高层建筑的规模都比较大，地下室多数用做商场、餐厅、汽车库和设备机房等大空间房屋，有的最下层地下室为人防，柱距较大，采用一般梁板式楼盖时，由于梁截面高度大，机电管道需要在梁下通行，因此，层高多数在3.8～4.5m之间，机电设备用房还需另行考虑。当有多层地下室时，地下层1顶板作为上部结构的嵌固部位，按现行规范[1，2]规定，应采用梁板结构，其余地下室如用做汽车库采用无梁楼盖时，层高可降低到3.3～3.4m。例如上世纪80年代初设计的北京西苑饭店B段2层地下室柱距为8m×8m，层高2.7m，采用了无柱帽预应力平板楼盖[3]。北京富盛大厦一期写字楼，地下层2～4层高均为3.3m，由于采用了无梁楼盖平托板柱帽、CFG桩复合地基平板式筏基，减小了地下室埋深、土方量和护坡量，为在工程现场窄小的不利情况下方便施工、缩短工期创造了条件，取得了较好的经济效果。富盛二期综合楼，主楼地下室4层，相邻无地上建筑的地下室3层，主楼地下室层3,4顶板采用了无梁楼盖，层高均为3.3m；采用平板式筏板基础，持力层为粉质粘土和砂质粉土，承载力特征值为200kPa。1.2地下车库目前在大中型城市的住宅区和一些公共建筑中，设有与高层主楼地下室不设永久缝连接在一起的地下车库，有的上部有低层裙房，有的顶部为绿化覆土层，形成地下长、宽达数百米的不设永久缝的大面积地下车库。例如，北京国美家园工程地下室宽264.5m，长458.6m，地上有18栋23～27层的高层住宅和若干栋低多层配套商业及其他建筑。地下汽车库结构常见楼盖为梁板式，层高3.7～3.9m；采用无梁楼板平托板柱帽时，层高可降低到3.3m或3.4m。基础采用梁板式筏基或平板式筏基，有的工程为了有效地解决主楼与地下车库基础之间的差异沉降而采用独立柱基抗水板[4]。北京清华科技园地下车库长98.5m，宽82.3m，共4层，柱距8.1m×8.1m，地下层3,4为六级人防兼车库，地下层2为车库，地下层1除车库外为办公和机房，层高均为3.4m。无地上房屋的地下层1顶和地下层2～4顶采用无梁楼板平托板柱帽。由于车库不与主楼相连，无需考虑与主楼间基础的差异沉降，采用了平板式筏基，板厚1.3m,柱下设柱帽。富盛二期无地上房屋的3层地下室（图1），均采用了无梁楼盖平托板柱帽。地下层1顶部为3m厚覆土，地下层1层高5.55m，地下层2，3为车库，层高约3.3m。因工程施工用地的局限性，先施工高层主楼，待结构封顶后再挖槽施工地下车库，并与主楼地下室连接成整体、不设永久缝，故采用平板式筏基，板厚700mm，柱下设柱帽，基底与主楼基底同标高。2综合经济效益比较2.1实际工程对比对比工程参照富盛二期地下车库的柱网，地下2层，地下层1为车库，顶部覆土3m，地下层2为六级人防兼车库，混凝土强度等级：外墙C30，柱、基础及梁板C35，地下水位标高按-6.00m，为简化起见，内部分隔墙及车道、楼梯等没有计算在内。工程不考虑抗震设防。方案1，2的比较见表1，平面布置及构件尺寸见图1。可以看出，方案2的总造价比方案1多出10％，如果按实际工程计入地下室的防火分区、人防扩散室等分隔墙及楼梯、汽车坡道等项目，方案2每平方米的建筑综合造价将比方案1高出10％以上。两种楼盖方案综合比较表1项目方案1方案2楼盖形式无梁楼盖平托板柱帽梁板式基础形式独立柱基抗水板梁板式筏基层高(m)3.33.8钢筋（kg/m2）27.48100%48.70177%基础混凝土（m3/m2）0.328100%0.25979%钢筋（kg/m2）79.14100%81.05102%地下层1,2柱、墙、楼盖混凝土（m3/m2）0.447100%0.42996%结构造价（元/m2）1322100%1413107%其他造价（元/m2）488100%577118%总造价（元/m2）1810100%1990110%2注：1)基础、地下层1,2柱、墙、楼盖用量及造价均按工程建筑面积为5654.6m2计算；2)其他造价包括：外墙和底板的卷材（SBS）防水；土方和护坡；地下层2地面地梁间回填砂石及100mm厚C15混凝土面层；3)两方案做法相同、数量一样的均不计，如顶板上防水和地面做法等；3)造价按《北京市建筑工程概算费用定额》（2004年）计算，下表同。（a）地下层1，2顶结构平面（b）基础平面图1方案1（a）地下层1，2顶结构平面（b）基础平面图2方案2（a）方案1（b）方案2图3地下室剖面图2.2地下车库基础不同形式的对比仍以上述车库为例，基础分别采用5种形式(图4)。按一个中柱基础进行综合造价比较，结果见表2。（1）独立柱基抗水板(2)满堂平筏板正柱帽(3)满堂平筏板倒柱帽(4)满堂十字形次梁沿柱主梁筏板(5)满堂沿柱—个方向为主梁、另一方向为间距8.2m/3的单向次梁筏板抗水板厚：500mm柱基：ZM1:4600×4600×900ZM2:4300×4300×900轴○1○8条基：b＝1400mm，h＝700mm轴○A○H条基：b＝750mm，h＝700mm外墙：300mm；柱：800×800地下层1：ZM1:3200×3200×450，板厚400ZM2:2800×2800×450地下层2：ZM1:2800×2800×320，板厚250ZM2:2400×2400×320图4基础五种形式5种基础形式的比较表2基础其他造价（元）总造价（元）基础形式钢筋(kg)混凝土(m3)造价(元)方案1方案2方案1方案21值358141.2943656105510115319149166158975值360936.9839099113452(114870)123549(124967)152551(153969)162648(164066)2％1019090108(109)142(144)102(103)102(103)值354637.6539807104465(105901)115825(117261)144272(145708)155632(157068)3％99919199(100)134(135)97(98)98(99)值542236.5448339114415(115833)124821(126239)162754(164172)173160(174578)4％1518686108(110)144(146)109(110)109(110)值502734.9047335112147(113565)123116(124534)159482(160900)170451(171869)5％1408585106(108)142(144)107(108)107(108)基础底板厚：400mm柱基：JZL01:650×1000JCL01:350×850外墙：300mm；柱：700×700；板厚200mm地下层1：KL01:650×1100KL02及L01:350×800地下层2：KL01:650×900KL02及L01:350×700注：1）每个中柱基础的钢筋、混凝土用量及造价为8.2m×8.2m所（下转4页）3（上接4页）属面积的值，其他造价包括：土方、护坡、外墙混凝土、外墙防水按整栋工程总面积比例摊算到一个中柱所属面积；回填砂石、垫层混凝土、底板防水按中柱所属面积计算，带括号数值为当考虑与高层主楼基础处理不均匀沉降筏板下垫50mm厚聚苯板软垫层的值，地下室顶板上防水及地下室地面作法不计在内。2)对比比率以基础形式1为100%。可见，如果地下室层1，2顶采用梁板式楼盖或无梁平板式楼盖，当考虑了地下室分隔墙、楼梯、车道等项目时，其综合造价基础形式3与形式1接近，而形式2，4，5的均比形式1的明显高出许多。参考文献[1]建筑抗震设计规范（GB50011－2001）[S].中国建筑工业出版社.[2]高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3－2002).中国建筑工业出版社.[3]建筑结构优秀设计图集1[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.[4]李国胜，李军军.高层主楼与裙房或地下车库之间的基础设计[J]建筑结构，2005，35（7）.