單建式地下車庫設計

王鑫

（上海中科建筑設計院有限公司，上海200031）

1 結構選型

單建式地下車庫主要有3種結構形式：板柱結構（無梁樓蓋）、梁板結構和雙向密肋梁結構，其結構選型要求在安全適用的前提下，滿足建筑使用空間要求，并且綜合造價合理。

結構形式的最終確定需要考慮地下室埋深、基坑圍護、井點降水、建筑要求等綜合情況。以2個上海地庫項目為例：A項目，柱網7 500mm×7 500mm，頂板上覆土1 200mm，有消防車道，綜合考慮下，采用板柱結構，底板頂板均400厚（由于設置樁，頂底板的受荷相差不大，頂板反而略大），柱帽也均為650厚；B項目，柱網7 800mm×7 800mm，頂板上覆土2 000mm，有消防車道，底板采用反柱帽板柱結構，頂板采用梁板結構（設置井字梁），主框架采用支座加腋，頂板厚180mm。

2 抗震設計

GB 50011—2010《建筑抗震設計規范》對單建式地下建筑做出了抗震設防規定。相同條件下，單建式地庫的抗震等級略高于高層建筑（或多層建筑）的附建式地下室[1]。地下建筑結構抗震計算模型的最大特點是，除了結構自身受力與傳力的模擬外，還需要正確模擬周圍土層的影響。由于地基土為非彈性材料且離散性很大，盡管采用了較為合理的計算模型，對計算參數也進行了精細分析，但計算結果的準確性仍不理想。個人認為，地下建筑應優先考慮進行抗震概念設計，并同時采取相應抗震措施。對于非人防車庫，地下室較為空曠，內部需設置適當數量的鋼筋混凝土墻，以確保地下室側向剛度均勻及地下室的整體性和必要的協同工作能力。

3 荷載統計

荷載統計主要包括以下內容：（1）頂板荷載主要有結構自重、覆土重、地面汽車（包括消防車等）荷載、雪荷載；考慮人防時，有沖擊波荷載、爆炸力荷載等偶然荷載。其中，消防車荷載可根據覆土深度進行折減。（2）底板荷載，主要包括地基土凈反力、水浮力和樁反力。做抗浮計算時,建筑物自重及壓重取標準值，水浮力分項系數一般取1.05。（3）擋土墻荷載主要為土壓力、水壓力和地面堆積荷載，土壓力應為靜止土壓力，根據土性的不同分別采用不同的計算方法，黏性土采用水土合算，砂性土采用水土分算。

4 基礎設計

4.1 樁基礎

獨建式地下車庫，上部覆土約1.2～2m，車庫基本都位于地下水位以下，一般需設置抗拔樁。抗拔樁多采用預制樁或灌注樁，管樁慎用，整體與局部均要滿足抗浮計算要求；有時低水位時結構可能受壓，還要兼做受壓樁。對一般丙類建筑，獨立車庫基底附加應力通常小于自重應力，沉降可不必計算。但對甲級和乙級建筑，需要深化設計。

4.2 底板

底板有梁板式及板柱式2種形式，以反柱帽式板柱結構較多。柱帽平面尺寸，可根據民用技術措施等確定，高度由沖切計算確定。底板計算時，可根據結構荷載工況確定底板所受凈反力（包括水浮力），作為外荷載，按照GB/J 130—1990《鋼筋混凝土升板結構技術規程》手工計算或PKPM-SLABCAD（復雜樓板有限元，以下簡稱PKPM）建模計算。手工計算一般按照等代框架梁法，在PKPM中建模計算出內力，將內力分配給柱上板帶和跨中板帶，再按照強度和變形計算配筋；PKPM建模計算比較方便，可以直接建模加荷載，用程序進行有限元計算。筆者對手工計算與建模計算2個相近項目進行比較，手工計算的結果可以完全包絡現在的SLABCAD結果。在計算中需注意，板面、板底保護層厚度不同，正常使用極限狀態的裂縫寬度要求也不同。

5 頂板設計

頂板無梁樓蓋的計算過程同底板板柱結構，梁板式樓蓋直接在PKPM-SLABCAD中建模計算。梁頂、梁底、板面、板底的保護層厚度均不相同，裂縫控制寬度也不同。在承載能力極限狀態計算中，按照基本組合，消防車荷載是重要荷載，進行強度計算；而在正常使用極限狀態設計中，使用準永久組合，GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》[1]的表5.1.1規定，消防車的準永久組合值系數為0，故在裂縫計算中，可以不考慮消防車荷載.由此需要2個模型，按照不同的荷載工況，分別進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態計算設計，對比取大值。個別一些大跨度的梁、板，撓度計算往往較大，有時不滿足規范要求，可通過結構布置改變（次梁的不同設置），使構件計算滿足要求；但有時會造成另外的構件撓度又不滿足了（柱網雙向相等，另外方向的框架梁受荷加大），而由于建筑對凈空的限制，截面不能做高，可依據GB 50010—2010《混凝土結構設計規范》，在施工圖中明確給施工單位一個使用上允許的合適的起拱值，使計算值減去起拱值后滿足規范的撓度限值要求。

6 外墻（擋土墻）設計

車庫埋置較深，大部分位于地下水位以下，應進行承載能力極限狀態和正常使用極限狀態計算，外墻迎水面與背水面的保護層與裂縫控制寬度均不相同。PKPM-SLABCAD建模計算會提供一個計算值；同時，可按照下部固接上部鉸接的梁形式，在統計的外荷載作用下，進行強度與裂縫手算，與PKPM計算值對比取大值。對一些相鄰樓板大開洞位置處的外墻，可按三邊支承板校核，即使計算滿足，主筋與分布筋仍需構造加強。

7 重點關注

7.1 板柱結構的沖切破壞

對板柱結構，柱帽的沖切破壞視為首要破壞，需嚴防死守。其主要由柱沖切、樁沖切、柱帽對樓板的沖切3種形式，柱沖切與柱帽對樓板的沖切可由PKPM復雜樓板有限元程序計算，樁沖切需人工復核。實際工程中，即使計算滿足要求，但沖切力設計值與構件沖切承載力相差不大時，仍需設置抗沖切鋼筋。

7.2 超長結構的不利影響

對于獨建式地下車庫，上部有一定厚度的回填土，結構受大氣溫差變化的影響較小。設置沉降縫時，應把結構分成獨立的單元，但當前的設計趨勢是盡量不設縫，以利于解決地下室在變形縫位置的滲漏問題。在結構施工階段采取的主要防裂措施有：（1）選用補償收縮混凝土，即在混凝土中滲入微膨脹劑，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。（2）設置后澆帶，在地下車庫中可每30～40m設置一道后澆帶。（3）提高鋼筋混凝土的抗拉能力，水平分布筋配筋率不小于0.5%，并采用變形鋼筋，間距不大于150mm。如果有條件，外墻混凝土還應考慮增加抗變形鋼筋，增加水平溫度筋，在混凝土面層起強化作用。外墻受底板和頂板的約束，混凝土脹縮不一致，可在墻體中部設一道水平暗梁抵抗拉力。（4）采用合理的結構布置，避免受力構件的主要收縮方向與建筑方向一致，如單向板的短向與建筑物長向平行等。（5）可在施工中采取一些措施減少混凝土內的溫度和混凝土收縮應力，如控制砂石骨料含泥量、水灰比和提高混凝土澆灌密實度等。

8 結語

單建式地下車庫在現代住宅小區中廣泛應用，施工便捷，周期與造價都可以合理、科學的控制，且有效提高了住戶的停車便利性。