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人防地下室建築結構最佳化設計
隨著建築設計行業競爭的加劇，房地產開發商對設計階段的成本控制日益加強。結構含鋼量是合理有效控制工程造價的最直接方式，同時也成為了設計行業的市場核心競爭力的重要組成部分。而人防地下室建築結構最佳化設計要求兼顧平時和戰時兩種使用功能要求，專業性要求和複雜程度較一般民用建築設計要高，因此人防地下室建築結構最佳化設計要做到更經濟合理，其中還有不少問題需要探討。本文就廣州招商房地產有限公司開發的金山谷五、六期人防地下室為例子，簡述該專案在結構含鋼量的限額設計中的思路和體會，以資借鑑。
1 工程概況
該地下室平時功能為兩層小型汽車庫，人防地下室設置於地下二層，人防建築面積為31448㎡，分為15個防護單元，防護類別為甲類，抗力等級為核5常5、核6常6級，其中核5常5級人防建築面積為10359㎡。
2 人防地下室建築結構最佳化設計選型及思路：
由於甲方對人防地下室部分含鋼量限額165kg/㎡以內，因此作者在施工圖設計過程中，考慮透過以下幾點管控鋼筋用量：
2。1頂板結構選型。透過計算對比不同結構形式和截面尺寸的頂板模型，為甲方選取最適合本工程的頂板結構形式。
綜合分析指標及比較結果，不難看出：
①在人防工況下，採用普通梁板結構形式的頂板，雖然混凝土用量較有次梁頂板多了0。02 m3/㎡，但鋼筋用量省了3 Kg/㎡，另外考慮無次梁的頂板較有次梁的頂板更省模板和人工費用，因此無次梁的梁板結構形式比有次梁的梁板結構形式在綜合經濟造價上更有優勢。
②普通無樑樓蓋頂板較普通無次梁的梁板結構頂板的混凝土用量多了0。05 m3/㎡，但鋼筋用量省了5 Kg/㎡，且無樑樓蓋頂板較無次梁的梁板結構頂板更省模板和人工費用。此外，柱帽區域外的無樑樓蓋頂板較梁板結構頂板節省了約650mm淨高，且柱帽可採用斜託板倒錐形柱帽，從而最大限度的節省柱帽下淨空，以此壓縮建築層高來減少建築埋深、基坑開挖深度、作用在底板和側壁的水土壓力等，進一步的節省工程造價。因此，無樑樓蓋比無次梁的梁板結構形式在綜合經濟造價上更有優勢。
③採用新材料新工藝的空心板無樑樓蓋和預應力無樑樓蓋較普通無樑樓蓋在混凝土用量和鋼筋用量上更為節省。但是目前這些新材料和新工藝對施工技術和管理較普通混凝土結構要高，考慮加上預應力筋或空心板模具等費用後，和普通無樑樓蓋結構綜合造價相比並無明顯優勢，因此甲方暫未考慮採用這兩種新材料新工藝的頂板結構形式。
2。2結構構件的截面尺寸選擇。由於人防規範對結構構件的最小配筋率要求較平時規範更高，且人防荷載較平時荷載更大，因此需要透過反覆計算比較來選取用鋼量最省的構件截面尺寸，既不能因構件尺寸過大而增加過多的構造鋼筋，也不能因尺寸過小而增加過多的受力鋼筋。
2。3嚴格按計算結果最佳化鋼筋用量。在滿足計算結果要求和規範圖集要求的前提下，優先選用直徑級配合理的鋼筋，布筋細化至每處柱帽和每跨板帶。由於無樑樓蓋頂板採用SLABCAD模組的有限元計算，計算結果輸出已精確到每個點，因此可先劃分柱上板帶和跨中範圍，在選用鋼筋值時，可加權平均各個板帶的支座和跨中位置的計算結果，以此為配筋的依據，而不應以某點峰值為配筋依據，這是較不經濟的。只需板帶的積分配筋面積不小於點值的總積分面積，即可滿足無樑板的塑性變形內力重分佈的要求。結構的安全效能是可以保障的，這點在SLABCAD軟體說明書中也有提及。
2。4加強設計協調和配合，最佳化底板側壁用鋼量。設計協調過程中及時告知主體結構師有關人防區底板側壁較平時做法不同的構造要求和計算要求。避免主體結構師因人防規範不熟悉，而把人防荷載疊加平時荷載組合裂縫工況計算或不考慮人防材料提高係數等增加用鋼量的情況。
2。5最佳化構造鋼筋。在滿足規範和圖集要求的前提下，減小構造拉結鋼筋和加強鋼筋的直徑，取消規範和圖集上未明確要求配置的加強筋和加強梁。如一些設計院的側壁通用大樣中，一般在牆頂和牆底均設定暗梁加強，而人防區範圍的頂板、底板和側壁截面尺寸均較非人防區的大，且側壁豎向作用荷載不大，牆頂和牆底的暗梁對於結構受力作用有限。因此按《防空地下室結構設計》圖集中有關外牆與頂板、樓板和底板的連線大樣，取消牆板交接位置的暗梁。
2。6減小柱帽附加筋長度。由於結構平法標準圖集《11G101-1》中對無樑樓蓋附加鋼筋長度並未給出明確說明，部分設計師把柱上板帶按梁考慮，因此參照結構平法標準圖集《11G101-1》中梁詳圖中的支座筋長度取1/3跨。而結構內力分析只需配筋滿足彎矩計算要求和構造要求，因此柱帽附加筋按《全國民用建築工程設計技術措施》2009版中圖9。4。8-2條關於無樑樓蓋分離式配筋大樣中的長度取值更為合理。
圖中長度值e要求不小於0。33倍柱間淨跨，而人防無樑樓蓋要求配置的通長鋼筋已滿足要求，因此部分柱帽附加筋可按圖中長度值b配筋，即0。20倍柱間淨跨。但應注意控制長度為0。2倍淨跨的柱帽附加筋量不大於總鋼筋量的50%。
2。7合理選用臨空牆的計算模型。臨空牆計算模型一般採用上端鉸接下端固端的線性純彎杆件模型，這種計算模型適用目前大部分工程的臨空牆和外牆的水平方向荷載工況計算。但與本專案實際工況有差異，計算偏保守，配筋也不經濟。