浅谈地下车库基础设计的经济性

2013-08-15何福章

中国建筑金属结构 2013年16期

何福章

（天津市中天建筑设计院，天津 300161）

近年来随着国家经济的发展及人民生活水平的提高，建设用地愈发紧缺，而人们购买的汽车却越来越多，从而造成有车无处停的现象越来越严重。这就催生了近年来地下车库快速增加。新建的住宅小区一般都要建地下车库，地下车库少则1层，多则2～3层。而车库底板的计算方法也各有不同。

1 地下车库基础底板的选型与计算

现通过近年来笔者设计的几个地下车库，谈一些设计体会：地下车库基础底板设计现在一般有3种方法；按等厚的筏板分柱上板带及跨中板带计算；按局部加厚的筏板（下柱墩）整体计算；按柱下独立基础加防水板计算，计算表明在天然地基承载力高的地区采用柱下独立基础加防水板是最经济的，采用局部加厚的筏板（下柱墩）经济性次之，采用等厚的筏板分柱上板带及跨中板带设计最不经济。因为在天然地基承载力高的地区地基的不均匀沉降很小，采用柱下独立基础加防水板不会因为独立基础的较大沉降而导致基础出现较大的裂缝出现渗水现象。而在高地下水位的软土地区则是采用局部加厚的筏板（下柱墩）具有较好的经济性及安全性，因为其具有较大的刚度，整体性较好，可有效协调基础的整体变形减少裂缝的出现，而配筋又不至于增加很多。经过计算分析笔者认为采用等厚的筏板分柱上板带及跨中板带配筋设计，无论在什么地区均不太经济。

现以一例建于高地下水位软土地区的地下一层车库来具体说明其设计特点，地质勘察报告提供的天然地基持力层的承载力特征值为90kPa，此车库地上有两座分别带有两层裙房的30层住宅楼，地下车库建筑面积约1万m2，塔楼部分采用后压浆灌注桩承台梁基础，地下车库部分采用天然地基局部加厚的筏板（下柱墩）基础，地下车库部分之所以未采用柱下独立基础加防水板的基础形式，是因为本地区地下水位较高，基础抗浮水位为室外地坪减0.5m，在不打抗拔桩的情况下，为抵抗地下水的浮力，需要增大结构自重。故本工程基础底板厚度取为柱下800mm，其余500mm，柱下加厚一是为抗冲切，二是可增大受拉钢筋的力臂，从而减少钢筋用量。计算结果表明除柱墩下部为计算配筋（三级钢Φ22@200双向）外，其余均为构造配筋（三级钢Φ16@200双层双向）。

再以一例建于低地下水位好土地区的地下一层车库来具体说明其设计特点，此车库地上有十几座的11～18层住宅楼，地下车库建筑面积约3.8万m2，地质勘察报告提供的天然地基持力层的承载力特征值为120kPa，塔楼部分采用Φ500 C20素混凝土刚性桩复合地基筏板基础，由于抗浮水位很低，地下车库部分采用天然地基柱下独立基础加防水板，柱下独立基础尺寸为4.5m×4.5m，厚度300~800mm，取为上表面水平，下表面变厚度，配筋Φ18@150双向（三级钢），防水板厚300mm，配筋Φ14@180双层双向（三级钢）。可见其板厚与配筋均较采用天然地基局部加厚的筏板（下柱墩）基础要小，所以低地下水位好土地区的地下车库采用柱下独立基础加防水板是最经济的。

2 地下车库外墙的计算

地下室外墙配筋计算时土压力系数的取值也是一个很关键的因素，它直接影响到外墙配筋的大小，现在一般的做法是：当基坑有支护桩时土压力系数取0.33，无支护桩时土压力系数取0.5。而且对地下室外墙进行配筋计算时应选择非对称配筋，这样其配筋更加合理，具体表现为外侧下部支座最大，内部竖向跨中次之。现在有些设计人根据地质勘察报告提供的土的内摩擦角来计算土压力系数，这样计算有时土压力系数可以达到0.7以上，以此系数计算导致地下室外墙的配筋过大，这种情况应尽量避免。

关于车库顶板梁的布置，目前一般采用的是井字梁，因为车库顶板均有覆土，少则0.9m，多则2~3m，一般为1.5m左右，活荷载一般为5kN/m2。由于荷载很大一般均采用井字梁，这样主次梁受力更均匀，梁截面及配筋不至过大，有利于获得更高的净高，同时可减小地下室的埋深，有利于降低造价。另外，顶板采用井字梁也有利于减小顶板的跨度，从而可有效减小板厚及配筋。对于地下室顶板的厚度取值问题现在也有不同观点，有的观点认为板厚取值应按《地下工程防水技术规范》取值，即不论地下水位高低最小厚度均取为250mm，也有观点认为板厚可不按《地下工程防水技术规范》取值，因为顶板上一般仅有雨水，完全按此规范太过保守。笔者认为对于梁板结构，一般情况下取200mm厚同时采用P8抗渗混凝土可以满足要求。

3 地下车库不同基础形式基础底板配筋差异的原因分析

现在分析一下等厚的筏板分柱上板带及跨中板带计算与按局部加厚的筏板（下柱墩）整体计算配筋差异较大的原因。先从宏观来看，两者计算中，等厚的筏板分柱上板带及跨中板带计算，其在计算中未考虑下柱墩的有利作用，仅考虑其抗冲切作用，按薄板计算配筋。此假定未考虑下柱墩有利作用，因为下柱墩上部为受压区，下部为受拉区，不充分利用下柱墩形成的较大力臂而在其下部配置受拉钢筋是非常不合理的，这也是其含钢量大的主要原因。要知道无梁楼盖中的柱帽仅考虑其抗冲切作用，是因为其上部是受拉区，下部为受压区，柱帽下部与楼板下部高差很大，板厚不在一个数量级，在以前理论研究不是很充分，且电算不普及的情况下，忽略柱帽的有利作用，简化为等厚度板计算也是可以理解的。而按局部加厚的筏板（下柱墩）整体计算，其柱墩厚度与筏板厚度相差并不太大，再忽略下柱墩的有利作用就不合理了，会造成筏板配筋过大。笔者曾见到一单层地下车库，层高4m，柱网7.5m×7.5m，上部覆土1.5m，其底板配筋柱上板带配筋为Φ25@150（三级钢双层双向），跨中板带配筋为Φ18@150（三级钢双层双向），与带下柱墩筏板相比配筋大了1倍以上，造成了很大的浪费。