某住宅小区地下车库结构设计浅析

彭建宇 张印涛

某住宅小区地下车库结构设计浅析

彭建宇 张印涛

为达到结构设计安全、合理、经济的目的,在设计实践的基础上,以北京某小区典型地下车库为例,对地下结构单元超长处理措施、顶板消防车活荷载选取、地下室外墙设计中室外地面活荷载选取和配筋设计进行了探讨,以期优化地下室结构设计。

地下室顶板,地下室外墙,后浇带,消防车活荷载

随着人们生活水平的提高,国内家庭汽车的拥有量越来越多,从而引发了停车难的问题。在城市地面用地越来越紧张的今天,发展地下车库势必成为解决停车问题的一种办法。同时,为满足小区整体规划需要,这些地下室的顶板上往往会覆土以满足绿化、管网埋设及消防车通行等要求。其中消防车通行的需要决定了此类地下室顶板及外墙在设计中必须考虑消防车活荷载,而一些常见情况下该值的取值在现行规范中并未明确。本文在工程设计实践的基础上,将对地下室结构超长、顶板及侧墙消防车活荷载的取值及配筋设计等问题进行探讨。

1 工程概况

北京地区某住宅小区公共建筑,地下 1层,局部出地面 3层,建筑平面总尺寸 63m×147m,采用框架结构体系,主要柱网尺寸8.1m×8.1m;地下室的顶板采用梁板体系(无次梁),覆土厚 1.2m,局部顶板考虑消防车通行;地下水位较低,设计可不予考虑。总建筑面积约 9 300m2。

2 地下结构单元超长的处理措施

考虑到建筑使用的要求,该地下车库未设伸缩缝。按现行《混凝土结构设计规范》9.1.1条,现浇混凝土地下结构不设缝最大长度为 55m[1],而本工程平面尺寸为 63 m×147m,长度方向大大超过规范限值,因此,如何控制混凝土裂缝成为本工程要解决的关键问题。施加预应力是控制裂缝的常用措施,但由于本工程工期紧且预应力方案费用高,开发商将难以接受。另外,在预应力的施加过程中,由于地下室基底土和外墙侧壁土的约束,预应力的实际效果将大为降低,故本工程不考虑预应力方案。从整个地下结构的使用环境来看,由于车库顶板有 1.2m厚的覆土,使用过程中的温度变化相对较小,引起的温度应力也相应较小,因此只需解决混凝土的干缩问题即可。

本地下室设计时,横向均匀设置3条后浇带,纵向居中设置 1条后浇带,将整个结构划分为8块(后浇带间距控制在 40m以内),加强后浇带部位防水层,尽可能延迟后浇带的封闭时间,以释放混凝土的收缩应力。另外,设计时采用细而密的钢筋布置(钢筋间距不大于 150mm),顶、底板支座钢筋半拉通设置,以增强结构的抗干缩能力。同时,地下室外墙由于施工养护条件差,受环境影响大,是裂缝控制相对薄弱的环节,设计时适当增大墙体水平分布钢筋的配筋率,以抵抗混凝土的收缩应力。

3 地下室顶板消防车活荷载的选取

根据《建筑结构荷载规范》2006年版(以下简称《荷载规范》)表 4.1.1第 8项,板跨8.1m×8.1m时消防车活荷载标准值应取为 20 kN/m2(消防车按满载重量 300 kN考虑)。按表 4.1.1注 3：“当不符合本表的要求时,应将车轮的局部荷载按结构效应的等效原则,换算为等效均布荷载”[2]。考虑到地下室顶板上覆土层较厚(1.2m),可利用覆土层对消防车轮压的扩散作用,对消防车活荷载进行适当折减,按折减后的活荷载进行结构计算,从而达到减小构件高度及配筋量,降低工程造价的目的。

按《荷载规范》附录B楼面等效均布活荷载的确定办法,考虑垫层扩散作用后的局部荷载的计算宽度为：

实际上,上式仅适用于垫层为刚性,扩散角 θ=45°时的情况;当扩散角 θ≠45°时,公式应为：

其中,bcx,bcy分别为荷载作用面在两个方向的计算宽度;btx,bty分别为荷载作用面在两个方向的实际宽度;s为垫层厚度,1.2m;h为板厚,300mm;θ为回填土扩散角,参照《城镇供热管网结构设计规范》中附录 C规定取 θ=35°。考虑到消防车后轮轮距较近,每只轮胎下的荷载在经过一定厚度填土扩散后,作用面发生重叠,且一般消防车道均为刚性路面,也能起到协调相邻车轮荷载的作用,故可认为所有需要考虑的消防车后轮均作用在一个共同平面上。

按上述方法,根据《荷载规范》附录 B中 B.0.6条规定进行计算,荷载扩散折减后的折算荷载仅为 8.7 kN/m2,大大小于规范值20 kN/m2。

4 地下室外墙设计

4.1 室外地面活荷载的选取

考虑到消防车的停放,室外地面活荷载常被取得过高,以为在救灾时,消防车有可能停在建筑物边上,从而对地下室外墙产生较大荷载,这其实是一种误解。实际上,在进行消防作业时,消防车与失火建筑之间应有一定距离,否则救火云梯无法上升至建筑物上部。一辆消防车占地面积至少为 100m2,对于满载总重为300 kN的消防车而言,折合荷载仅为 3 kN/m2。另外,按消防规范要求,当室外消防车通道距离主楼外墙不小于 5m时,消防车荷载对地下室外墙内力的影响非常小,可忽略不计。如此看来,考虑消防车荷载或大于消防车的可能荷载,室外地面活荷载按5 kN/m2考虑是足够安全的。

4.2 配筋设计

本工程地下室除了与框架柱整体浇筑的外墙板按双向板计算配筋外,其余的外墙均按单向板计算配筋。外墙水平荷载按下大上小梯形分布考虑,如有地下水,应计入水的侧压力,此时土的容重按浮容重考虑。按双向板计算时,可假设板上端简支,下端及左右两边固定;框架柱内外侧配筋计算时应计入双向板左右端所传递的荷载。按单向板计算时,可假设上端简支,下端固定;墙体水平分布钢筋按构造配置即可。外墙迎水面保护层厚度应不小于 50mm,验算裂缝宽度应不大于 0.2mm[3]。对于部分计算高度较大的外墙,设计采用墙底加腋的措施,使墙体厚度及配筋大为减小。

5 结语

本文就地下室结构设计中容易遇到的一些问题进行了讨论,希望能引起有关设计人员的重视,以促使地下室结构设计的优化,取得更好的经济效益。文中如有不当之处,欢迎各位专家批评指正。

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006年版)[S].

[3]GB 50108-2008,地下工程防水技术规范[S].

On analysis of underground garage structural design of some residential com plex

PENG Jian-yu ZHANG Y in-tao

In order to reach the purposes of the safe,the reasonable and the economical structural design,based on the design practice,the paper exp lores the unit super-long treatmentmeasurement of the underground garage,the selection of roof ambu lance live loading,the selection of the outdoor ground live loading of the underground external wall design,and the rein forcement design taking the typical underground garage of some complex as an example,so as to optimize the underground structural design.

underground roof,underground externalwall,post-pouring band,live load of ambu lance

TU926

A

1009-6825(2011)03-0028-02

2010-10-06

彭建宇(1975-),男,工程师,中国中元国际工程公司,北京 100089

张印涛(1975-),男,工程师,中国民航机场建设集团公司,北京 100101