单建式地下车库设计

2020-03-06王鑫

工程建设与设计 2020年14期

王鑫

（上海中科建筑设计院有限公司，上海200031）

1 结构选型

单建式地下车库主要有3种结构形式：板柱结构（无梁楼盖）、梁板结构和双向密肋梁结构，其结构选型要求在安全适用的前提下，满足建筑使用空间要求，并且综合造价合理。

结构形式的最终确定需要考虑地下室埋深、基坑围护、井点降水、建筑要求等综合情况。以2个上海地库项目为例：A项目，柱网7 500mm×7 500mm，顶板上覆土1 200mm，有消防车道，综合考虑下，采用板柱结构，底板顶板均400厚（由于设置桩，顶底板的受荷相差不大，顶板反而略大），柱帽也均为650厚；B项目，柱网7 800mm×7 800mm，顶板上覆土2 000mm，有消防车道，底板采用反柱帽板柱结构，顶板采用梁板结构（设置井字梁），主框架采用支座加腋，顶板厚180mm。

2 抗震设计

GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》对单建式地下建筑做出了抗震设防规定。相同条件下，单建式地库的抗震等级略高于高层建筑（或多层建筑）的附建式地下室[1]。地下建筑结构抗震计算模型的最大特点是，除了结构自身受力与传力的模拟外，还需要正确模拟周围土层的影响。由于地基土为非弹性材料且离散性很大，尽管采用了较为合理的计算模型，对计算参数也进行了精细分析，但计算结果的准确性仍不理想。个人认为，地下建筑应优先考虑进行抗震概念设计，并同时采取相应抗震措施。对于非人防车库，地下室较为空旷，内部需设置适当数量的钢筋混凝土墙，以确保地下室侧向刚度均匀及地下室的整体性和必要的协同工作能力。

3 荷载统计

荷载统计主要包括以下内容：（1）顶板荷载主要有结构自重、覆土重、地面汽车（包括消防车等）荷载、雪荷载；考虑人防时，有冲击波荷载、爆炸力荷载等偶然荷载。其中，消防车荷载可根据覆土深度进行折减。（2）底板荷载，主要包括地基土净反力、水浮力和桩反力。做抗浮计算时,建筑物自重及压重取标准值，水浮力分项系数一般取1.05。（3）挡土墙荷载主要为土压力、水压力和地面堆积荷载，土压力应为静止土压力，根据土性的不同分别采用不同的计算方法，黏性土采用水土合算，砂性土采用水土分算。

4 基础设计

4.1 桩基础

独建式地下车库，上部覆土约1.2～2m，车库基本都位于地下水位以下，一般需设置抗拔桩。抗拔桩多采用预制桩或灌注桩，管桩慎用，整体与局部均要满足抗浮计算要求；有时低水位时结构可能受压，还要兼做受压桩。对一般丙类建筑，独立车库基底附加应力通常小于自重应力，沉降可不必计算。但对甲级和乙级建筑，需要深化设计。

4.2 底板

底板有梁板式及板柱式2种形式，以反柱帽式板柱结构较多。柱帽平面尺寸，可根据民用技术措施等确定，高度由冲切计算确定。底板计算时，可根据结构荷载工况确定底板所受净反力（包括水浮力），作为外荷载，按照GB/J 130—1990《钢筋混凝土升板结构技术规程》手工计算或PKPM-SLABCAD（复杂楼板有限元，以下简称PKPM）建模计算。手工计算一般按照等代框架梁法，在PKPM中建模计算出内力，将内力分配给柱上板带和跨中板带，再按照强度和变形计算配筋；PKPM建模计算比较方便，可以直接建模加荷载，用程序进行有限元计算。笔者对手工计算与建模计算2个相近项目进行比较，手工计算的结果可以完全包络现在的SLABCAD结果。在计算中需注意，板面、板底保护层厚度不同，正常使用极限状态的裂缝宽度要求也不同。

5 顶板设计

顶板无梁楼盖的计算过程同底板板柱结构，梁板式楼盖直接在PKPM-SLABCAD中建模计算。梁顶、梁底、板面、板底的保护层厚度均不相同，裂缝控制宽度也不同。在承载能力极限状态计算中，按照基本组合，消防车荷载是重要荷载，进行强度计算；而在正常使用极限状态设计中，使用准永久组合，GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[1]的表5.1.1规定，消防车的准永久组合值系数为0，故在裂缝计算中，可以不考虑消防车荷载.由此需要2个模型，按照不同的荷载工况，分别进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算设计，对比取大值。个别一些大跨度的梁、板，挠度计算往往较大，有时不满足规范要求，可通过结构布置改变（次梁的不同设置），使构件计算满足要求；但有时会造成另外的构件挠度又不满足了（柱网双向相等，另外方向的框架梁受荷加大），而由于建筑对净空的限制，截面不能做高，可依据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，在施工图中明确给施工单位一个使用上允许的合适的起拱值，使计算值减去起拱值后满足规范的挠度限值要求。

6 外墙（挡土墙）设计

车库埋置较深，大部分位于地下水位以下，应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算，外墙迎水面与背水面的保护层与裂缝控制宽度均不相同。PKPM-SLABCAD建模计算会提供一个计算值；同时，可按照下部固接上部铰接的梁形式，在统计的外荷载作用下，进行强度与裂缝手算，与PKPM计算值对比取大值。对一些相邻楼板大开洞位置处的外墙，可按三边支承板校核，即使计算满足，主筋与分布筋仍需构造加强。

7 重点关注

7.1 板柱结构的冲切破坏

对板柱结构，柱帽的冲切破坏视为首要破坏，需严防死守。其主要由柱冲切、桩冲切、柱帽对楼板的冲切3种形式，柱冲切与柱帽对楼板的冲切可由PKPM复杂楼板有限元程序计算，桩冲切需人工复核。实际工程中，即使计算满足要求，但冲切力设计值与构件冲切承载力相差不大时，仍需设置抗冲切钢筋。

7.2 超长结构的不利影响

对于独建式地下车库，上部有一定厚度的回填土，结构受大气温差变化的影响较小。设置沉降缝时，应把结构分成独立的单元，但当前的设计趋势是尽量不设缝，以利于解决地下室在变形缝位置的渗漏问题。在结构施工阶段采取的主要防裂措施有：（1）选用补偿收缩混凝土，即在混凝土中渗入微膨胀剂，以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。（2）设置后浇带，在地下车库中可每30～40m设置一道后浇带。（3）提高钢筋混凝土的抗拉能力，水平分布筋配筋率不小于0.5%，并采用变形钢筋，间距不大于150mm。如果有条件，外墙混凝土还应考虑增加抗变形钢筋，增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用。外墙受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设一道水平暗梁抵抗拉力。（4）采用合理的结构布置，避免受力构件的主要收缩方向与建筑方向一致，如单向板的短向与建筑物长向平行等。（5）可在施工中采取一些措施减少混凝土内的温度和混凝土收缩应力，如控制砂石骨料含泥量、水灰比和提高混凝土浇灌密实度等。