建筑工程地下车库的优化设计研究

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　　【摘 要】地下车库结构复杂，造价高，一般约占建筑总成本的7～21%左右，对其进行优化设计是十分必要的。进行地下车库优化设计的主要内容包括人防工程设计与否、规模、坡道、防火、层数、最小净高、车辆转弯半径、停车位长宽等方面，并从平面布置和构造做法两个方面简单说明进行地下车库优化设计的要点，最后提出了我国建筑工程优化设计的前景。
　　【关键词】地下车库；优化设计；要点
　　0.前言
　　随着经济的快速发展，城市土地价格和建筑总成本也不断增加，建设方对于土建成本的控制越来越重视[1]，在我国北方，商品房主要以毛坯房销售为主，其土建成本约占建筑总成本的一半左右。而地下车库相对于上部结构，往往面临更为复杂的荷载环境[2]。根据地下车库的不同结构形式，一般约占总成本的7～21%左右，进行优化设计哪怕只降低一个百分点，节省的费用也是十分可观的。建筑行业要充分考虑当地资源和环境的可承载能力，要促进人与自然的和谐，实现可持续发展，这就要在设计环节引入优化，以最小的成本获取最大的经济效益、社会效益和环境效益。因此对地下车库进行优化设计十分有必要。本文以地下车库为例，提出其优化设计的几点注意事项，抛砖引玉，以期与建筑行业的同行互相交流，取长补短，共同进步。
　　1.地下车库优化设计内容
　　地下车库由其本身性质决定了它的使用功能是相对单一的，但其拥有复杂的结构，建筑成本却很高，这几点决定了它成为设计优化的重点，其优化内容复杂多样，限于个人经验有限，无法做到面面俱到，仅提出以下几点作为优化设计时需考虑的内容。
　　1.1地下车库是否设计人防工程
　　人防工程的目的是做到平战结合，即在和平时期作为地下车库民用，而在战时作为人防工程使用，成为我方人员、物资的掩蔽场所。一般在城市规划时强制要求有人防配建面积比例的规定。
　　在进行优化设计时，首先要考虑地下车库是否要设计人防工程，综合分析设置人防工程与异地建设缴纳费用的成本高低。如果设置人防工程费用低，建议开发商做地下汽车库设计时结合人防设计共同进行，并与当地相关政府部门沟通，按当地人防办规定计算人防地下室面积，不多做，尽量不设计五级人防地下室。其次优化设计时人防区一般安排在最底层，并尽量利用塔楼下方及其他不方便布设车位的空间布置人防设施。如果开发商进行开发时无法或者不愿建造人防工程，也可以向当地政府缴纳一定费用进行异地建设，这样反而提高了地下车库停车效率控制指标-停车率。
　　1.2 地下车库规模的确定
　　在优化工作中，要结合当地情况，多与政府部门沟通，尽量多做地面停车，同时对地面停车进行优化设计，使地下车库停车数量最少，如果当地政府允许，还可以利用塔楼下方等不方便布置车位的空间做摩托车车位，用来折减规定的停车数。
　　一般来说，根据使用功能和项目具体情况，地下车库大多属于中型车库，停车车辆数量为51～300 辆，个别时候也会遇到大型车库，停车车辆数量为301～500辆。
　　1.3地下车库坡道的确定
　　要满足车辆由地面进入地下，地下车库需要设计坡道，目前坡道可设计成直线型，曲线型，或着直线和曲线二者结合的形式。进行坡道设计时，其重点是确定坡道的数量和宽度。对于大、中型地下车库，车辆出入口至少要设置两个，一般在满足规范和使用需要的情况下，按照经济合理的原则，建议开发商设置两个出入口。
　　地下车库的出入口宽度一般按照单车行驶时不宜小于3.5m，双车行驶时不宜小于6.0m来设计。但同时要满足两个出入口之间的净距应大于 15.0m。另根据建筑规范规定，地下车库疏散坡道的宽度按照单车道不应小于4.0m，双车道不宜小于7.0m，因此在设计时汽车坡道就设计为单车道 4.0m或双车道 7.0m。
　　1.4地下车库其他参数的确定
　　地下车库的其他参数包括层数、最小净高、车辆转弯半径、停车位长宽的确定。一般来说，地下车库层数越少越好，室内最小净高应大于2.2m（微型车、小型车），小型车转弯半径按6.0m设计。按照垂直式停车设计，小型车停车位尺寸为2.4*5.3m，微型车尺寸按2.2*4.0m计，摩托车尺寸按1.5*2.0m计（微型车、摩托车折算成停车位的系数分别为0.7和0.4）。以上设计均考虑车库以微型、小型车库。如确实需要停大型车，甲方会提出要求。
　　1.5地下车库的防火设计优化
　　按照现行规范要求，地下车库应设防火墙划分防火分区。无自动喷水灭火系统时，每个防火分区的最大允许建筑面积为 2000m2，设有自动喷水灭火系统则可为4000m2。按照现行规范的要求，我国停车数超过10辆的地下汽车库均已设置自动喷水灭火系统，因此设计地下车库的防火分区面积均是4000m2。
　　具体在进行优化设计时，首先要布排好车库平面，接下来划分防火分区，然后设置人员安全出口。由于规范要求每个防火分区内人员安全出口不应少于两个，且人员安全出口和汽车疏散出口应分开设置，故汽车坡道不能作为人员疏散，因此在设计时一般在每个防火分区设两个封闭疏散楼梯（按照两股人流计算，楼梯宽度不应小于1.1m），直接上到地面，出地面后，还应注意做好外观美化设计。人员疏散楼梯应尽可能分散布置在地下车库内，以保证最远工作地点至楼梯间距不超过60.0m（当没有自动灭火系统时，最远工作地点至楼梯间距不超过45m）。汽车疏散出口可以选用坡道，也不应少于两个。
　　本着经济合理的原则，汽车疏散坡道为双车道，且地下车库停车数少于100辆时，设一个疏散口就满足规范和使用要求。当总停车位数大于500辆的特大型车库，应设三个汽车疏散口。
　　2.地下车库优化设计的要点
　　2.1平面布置的优化
　　重点要考虑是否设置人防工程和提高地下车库停车率这2个方面。本着满足规范和使用要求，且经济合理的原则，附建式地下车库柱网应随建筑调整，单建式地下车库应尽可能统一柱网单元。现举几个在优化工作中遇到的例子，来说明平面布置优化工作的要点。 　　建筑柱网布置应符合车位和行车道规模数，做到布局紧凑。一般停车区域柱网参考尺寸按照5.4*5.4m和7.8*5.4m设置，行车区域柱网参考尺寸按照5.4*6.5m和7.8*6.0m设置，当不能满足以上柱网参考尺寸时，要灵活进行优化调整，尽量按照8.0*8.0m设置柱网以满足并排三车均匀布置（见图1）。
　　尽量不要出现一车或两车的小柱距情况，同时也尽量不要使柱距大于8.2m，否则会使层高和含钢量等控制指标难于实现，力争大型项目的地下车库停车率低于30m2/辆。
　　首选垂直停车方式，尽量避免布置平行或斜向车位，尤其要避免靠边墙布设平行车位（见图2），行车道一般按规范规定的最小尺寸（6.0m宽），不应过宽。塔楼与地下室之间不宜做单纯的连接通道，应布设两侧停车位。为了提高停车率，使车位布局最有效最经济，对于一个具体项目，要反复几次进行设备房、行车道和车位布排，从中找出最经济合理的方布排式。
　　尽量避免行车道靠外墙布置，这样会降低停车率（见图3），一般布设的行车道尽量位于2排停车位之间，按照普通车位（2.4*5.0m）居中，大车位（2.7*5.3m）沿地下车库周边的原则进行布置，两边靠柱子的车位可适当放宽（2.5*5.0m），以满足部分较宽汽车的停放。
　　地下车库轮廓线应简洁紧凑方正，既要与上部建筑平行，使上部建筑尽量分布在地下室周边，还要尽量方正平直，避免产生无效面积。如果轮廓线出现倾斜和扭曲，布设停车位和行车道时就有可能出现无效面积（见图4），造成布车障碍。因此在规划和方案阶段，优化工程师就要充分与开发商进行沟通和协调，将地下室轮廓线调整成方正平直形状。同时设计院内各个专业要多交流，如建筑专业在布设建筑轴网时，多与结构专业和设备专业人员在平面布局方面沟通，多方共同确定最经济合理的轴网布局。
　　5）布置的设备房面积够用但要尽量节省，一般对10万m2左右的住宅小区，设备房面积约为700～800m2，小区规模每增加10万m2，设备房面积相应增加30%，在满足使用的前提下，尽量按最小面积设计设备房，并将其布置在塔楼下方不方便停车的空间。
　　6）设备房及非机动车库不允许挤占行车道两边的停车位，行车道两边的停车位是十分宝贵的，目前车位的售价约为10～15万元/个。根据经验，如果这里的车位被挤占，要想再得到同样数量的车位，需要用3倍的面积来实现（每平方米地下车库的建造成本约为2000元左右）。所以如有可能，将设备房及非机动车库布置于远离行车道两边停车位的地方。
　　7）行车道不要太宽，以免浪费地下车库的面积，地下车库的排风口应设在下风口，不应朝向建筑物和公共活动场所，排风口离室外地坪的高度应大于 2.5m，并做消声处理。
　　8）此外平面优化还有人防设施尽量布设在塔楼下方等不方便停车的边角地带，水池水箱尽量利用坡道下方及其他受限制的空间，相邻防护单元的人防主出入口应尽量合并设置，防火单元划分应与防火分区划分吻合，不出现跨越错位。
　　9）在实际工作中，如果建筑居中布置且地下车库占地面积小于5000m2时，停车率相对难以控制，反之如果地下车库不设置人防工程，且与建筑塔楼完全脱离，停车率较易控制，一般可以控制到于25m2/辆以下。这需要开发商和设计院充分交流和沟通，共同确定经济合理的平面方案。在提高地下车库停车率和是否建设人防工程上进行优化，以期做到少花钱多办事目的。
　　2.2构造做法的优化
　　地下车库构造做法关系到建筑材料使用，直接影响到建筑成本高低，因此优化设计要从覆土厚度、层高、建筑垫层、排水找坡和汽车出入库坡道、人防主要出入口等方面入手，限于篇幅有限，仅简单提出以下几点优化做法。
　　1）确定覆土厚度要考虑的因素主要有：南北方冻土深度、综合管网与地下车库关系，景观植栽种类和范围等。地下车库顶板覆土参考控制厚度一般为0.8～1.5m，覆土平均厚度每增加300mm，地下车库综合成本约增加30元/m2，有绿化时顶板覆土厚度应进行优化设计，一般控制在1.2m左右。
　　2）目前普通地下车库的层高为3.6m，一般层高每增加100mm，地下车库综合成本约增加18元/m2，进行优化设计要控制梁下高度2.8m。
　　3）地下车库顶板和底板采用同方向、同坡度的结构找坡，可以省去顶板建筑找坡层（如细石砼配钢筋网片）。如果不用结构找坡，另外进行顶板建筑找坡层（厚度按照200mm计算），地下车库综合成本约增加105元/m2。
　　4）尽量避免顶板采用结构上翻梁，不但增加成本，而且限制渗透水排出，影响顶板防水层施工，增加防水层面积，增加成本。
　　5）底板建筑（面）垫层厚度按照50～150mm设计，一般建筑垫层每增加100mm，地下车库综合成本约增加10元/m2，同时相应的层高也会增加100mm，两者相加，地下车库最终的综合成本约增加28元/m2。
　　6）设备房进行纵向布置时，要注意避免做成两层通高的设备房，如果单层高度不够时，可以采用局地地面下沉的方法来满足设备房高度要求，不能因此而加高整个地下车库的层高。
　　3.我国建筑工程优化设计的展望
　　3.1 促进房企和结构优化公司良性互动
　　对于结构优化公司来说，其核心成员多来自设计院或地产公司，其专业力量比较强，可以给房地产企业提供最优的专业建议，帮助其进行专业方面的判断和决策，使企业利益最大化。一旦房地产企业认可了结构优化公司的作用和价值，他们也乐意支付优化设计费用，有时甚至要高于设计费。结构优化公司有了房地产企业提供的费用，可以把优化工作做到更好更细。两者形成的良性互动，可以更好地在建筑领域落实科学发展观，促进我国国民经济的健康可持续发展。
　　3.2顺应时代潮流，适应社会发展方向
　　一直以来，我国房地产行业处于粗放式发展阶段，由于商品房数量少，人们需求量大，所以市场形势好，只要能拿到地搞建设，什么样的商品房都能赚到钱，优化设计的重要性被忽视。但现在房地产行业已经告别暴利时代，粗放式开发模式很难赚到钱，因此房地产行业不得不进入精细化管理阶段，此时优化设计显得尤为重要。近年来在严厉的调控政策下，经营管理好的企业如万科、中海、恒大等依然取得了不俗的业绩，同时管理不善的企业则发生了老板跑路的现象，时代要求建筑工程必须进行优化设计。我国的优化设计虽然相比国外起步较晚，但发展势头猛，更有潜力，目前已有多个成功的优化案列，比如上海海陆空大厦早在2005年就进行了结构优化设计，优化后节约混凝土8400m3，减少补桩208根，综合经济效益约2000万元人民币[3]，此外上海源深体育馆也进行了预应力张弦梁优化设计和试验研究，目前该工程已建成，使用状况良好[4]。由此可知，不仅仅是地下车库，所有建筑工程均要进行优化设计，优化工作已成为以后设计人员要努力做好的重要工作之一。
　　参考文献：
　　[1]曾秉祥.某住宅小区地下车库优化设计[J].南昌工程学院学报.2013，32（3）：73
　　[2]季新强，姜高岗.地下车库含钢量优化设计研究[J].江苏建筑.2013，155（3）：11
　　[3]周光荣，江欢成，何莹.海陆空大厦结构优化设计[J].建筑结构学报. 2005，26（4）：107-111
　　[4]薛伟辰，刘晟，苏旭霖等.上海源深体育馆预应力张弦梁优化设计与试验研究[J].建筑结构学报. 2008，29（1）：16-23
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