沿海住宅小區地下車庫結構設計

賴靈鋒

(臺州市城鄉規劃設計研究院有限公司，浙江 臺州 318000)

在本項目設計過程中，地下室頂板會采取覆土方式，根據需要1.0m～1.5m。結合工程設計實踐，對沿海高水位軟土地基地區常規地下室結構長度、頂板和側壁消防車活荷載值以及頂板和樓板結構的選擇與設計進行了探討。

1 工程概況

該項目為浙江某沿海城市住宅項目，建設用地面積為99 590m2，總建筑面積為33萬m2的大型綜合居住社區，其中地下總建筑面積約8.1萬m2，車庫層高3.5m，頂板覆土1.3m。地下室長X寬約為392m×220m，外墻厚300mm，混凝土強度等級為C30，柱跨(5.2+6.6+5.2)m×7.8m。地下室采用超前止水、后澆帶等措施。本文結合該沿海高水位工程實際設計案例，結合設計和施工過程中發現以及碰到的問題，通過分析咨詢總結給出了工程措施。

2 住宅小區地下室結構設計問題

2.1 防水問題

高層建筑結構地下室結構澆筑防水工程設計中的一個核心問題是，如何使最終澆筑完成的高層結構主體混凝土石料達到建筑設計要求強度，并滿足防水、抗滲，壓縮和侵蝕，結構緊湊，無有害建筑裂縫。結構混凝土石材是一種多孔建筑材料，只有不斷攪拌多孔石，增加多孔水泥的使用量和高出砂率，并加入大量硅酮或其他減水劑，才能大大減少結構混凝土滲水縫和黏土毛細孔，從而大大提高結構混凝土防水抗滲性能，但是施工人員往往會忘記混凝土干燥收縮會產生裂縫的特性，從而導致防水效果不能達到預期。隨著新型建筑技術不斷發展，目前混凝土外加劑的深化研究，已經可以基本解決普通混凝土抗拉強度低、極限拉應變小的缺陷。

2.2 抗震要求

地下室抗震能力強弱不僅與地下室采用的建筑材料和建筑結構有關，還與地下室埋深有著很大關系。應該選用具有一定強度的復合型建筑材料，盡量減少地下室外墻之間的接縫，以增強地下室整體剛性；地下室外墻一半以上埋深高度不大于室外地面以上建筑高度，忽略建筑層數?？偢叨韧ǔ？筛鶕彝獾孛嫔喜扛叨扔嬎恪０氲叵率彝鈮χc室內上部主體結構墻柱高度應協調統一。

2.3 地下室抗浮

地下室高層建筑抗震、抗浮維護工程設計和維護過程中，當汛期要求地下室建筑正常使用時，往往只是一種極限抗浮維護狀態，在建筑工程設計過程中，當建筑物整體和局部抗浮維護能力明顯不足時，其可能直接對高層建筑的整體和局部造成嚴重損壞。此外，在實踐中，許多大型高層建筑和一些小型低層建筑在汛期可能需要建在同一高度、大型區域建筑的地下室上。本地區抗浮水位大都在室外場地以下0.5m考慮，抗浮水位較高。此外，部分區域上方無建筑物，此類抗浮問題處理難度較大，必須認真分析處理。

2.4 結構經濟性指標

本項目屬于沿海地區，水位較高，對鋼筋含量影響較大。一般常規地庫項目經濟優化后的指標是：非人防區域混凝土含量1.15m3/m2，鋼筋含量125kg/m2；人防區域混凝土含量1.25m3/m2，鋼筋含量165kg/m2。但由于本項目業主對經濟性的重視，最終本項目指標控制在非人防區域混凝土含量1.10m3/m2，鋼筋含量115kg/m2；人防區域混凝土含量1.22m3/m2， 鋼筋含量155kg/m2[1]。

3 住宅小區車庫地下室結構設計

3.1 結構形式選擇

地下車庫頂板結構形式很多，最常見的是空心樓蓋、十字梁板、井字梁板、主梁大板結構(大板結構)和無梁樓蓋(因本地區無梁樓蓋施工經驗不豐富暫且不考慮)。通過方案比較，在本工程荷載和柱間距條件下，從經濟性、施工方便和工期效率綜合考慮，大板結構成為本工程首選方案。

3.2 柱下基礎和防水板設計

(1)基礎選型。車庫地下室的柱下D+L豎向荷載1 900kN，抗拔力150kN～200kN，由于沿海地區地面30m～40m均是淤泥層，因此采用樁基礎。樁基礎包括預應力管樁，鉆孔灌注樁等。管樁經濟上優于鉆孔灌注樁，但由于預應力管樁在接頭上不利于抗拔，并且根據本地區經驗及地方規范要求，此條件下不準采用管樁，所以本項目選用了施工經驗成熟、質量相對可靠的鉆孔灌注樁基礎。從荷載情況及沿海土質情況考慮，建議柱下盡量采用單樁基礎，并且樁采用小直徑長樁，才能達到經濟最大化要求。

(2)合理考慮水浮力對防水板的影響，是防水板計算重點。底板做法通常有梁板結構和無梁板(防水板+下柱墩)，由于無梁板具備更高經濟性，且目前施工采用機械開挖時無梁更加便于施工，因此本項目選取防水板+下柱墩。本項目防水板板厚350mm，下柱墩尺寸大小宜大于柱跨的1/3且防水板配筋確定合理尺寸，下柱墩從受力角度分析45°更加合理，但根據現場角度實際情況施工難度較大，快速施工目的能夠達到，而90°磚胎膜施工優勢更加明顯，故予以采用。對給底板按有限元計算，下柱墩通常被視為柱帽，底板類似為帶柱帽的無梁樓蓋體系。對于底板的計算，應分別計算作用在防水板上的向下荷載和向上荷載，然后取較大值。防水板上的向下荷載包括建筑表面荷載、防水板自重和板上均布活荷載。防水板上的向上荷載主要為水浮力。需要注意的是，此時應減去防水板自重和建筑表面荷載，如人防地下室，還應考慮板底以下地下室樓板上的人防向上等效靜荷載。

(3)人防底板等效荷載對防水板構成影響。人防底板配筋反算時應考慮以下兩種荷載組合：常規下1.0恒+1.35水浮力≤R1，人防下1.0恒載+1.0水浮力+1.0人防底板等效靜荷載≤R2，但需要注意的是承載力R2中的混凝土和鋼筋強度采用動力強度設計值，即《人民防空地下室設計規范》GB50038-2005。而本地區車庫地下室基本采用樁基礎，因此底板等效荷載根據以上規范4.8.15條采取-25kPa。根據公式推算得出，本項目底板底水浮力大約-42kPa時兩種荷載組合對底板配筋接近。而本地區水浮力大都是-50kPa，對底板人防等效荷載影響不大，當個別水位較小時，應重視人防荷載對底板的明顯影響[2]。

3.3 基礎差異沉降及裂縫控制

車庫與許多高層主樓合而為一，高層主樓結構剛度及荷載與地下車庫有較大差異。初步沉降觀測表明，由于土體的剪切轉移，主樓地面沉降會影響車庫主廠房周圍地面沉降，但是，在主房和車庫交叉點沒有結算，有一個突然變化，是一個連續曲線形狀。為了減少不均勻沉降的影響與高層建筑主要車間的基礎下車庫，在第二跨相鄰車庫，主樓后鑄造帶設定在800mm寬小剪切力的一部分，和主要加勁肋不斷連接；后澆帶貫穿車庫地板、橫梁、墻壁和屋頂。主樓主體施工后，沉降及后澆帶采用高強級無收縮混凝土澆筑。

項目東西長392m，南北寬220m，是一個地下超長結構。對于超長地下結構，如何控制地基、地下室頂板和地下室外墻裂縫是設計中需要考慮的重要問題。主要措施是：每隔35m～50m設置一條伸縮后澆帶，減少混凝土硬化時的裂縫收縮應力。收縮后澆帶混凝土應在澆筑后不少于兩個月再行封閉；沉降后澆帶應在主體結構封頂兩個月且沉降穩定后方可封閉。后澆帶封閉施工時(包括封帶后15日內)的日平均氣溫不得高于15℃。后澆帶用強度等級提高一級的補償收縮混凝土(水中養護14d的限制膨脹率不小于0.025%)澆搗密實，并蓄水養護，地下室后澆帶封閉后應立即覆土，各部位后澆帶做法見圖1所示。后澆帶所在周邊范圍封閉前不得通車、堆載。澆筑混凝土后，應加強養護。選用低水化熱礦渣硅酸鹽水泥加強養護和控制施工冷卻。在混凝土中摻入混凝土微膨脹劑和聚丙烯纖維，補償混凝土收縮，減少混凝土硬化過程中的收縮裂縫。

圖1 基礎底板及外墻后澆帶

通常，構造鋼筋宜采用細而密布置，直徑10mm～12mm間距120mm～160mm，雙層雙向拉通。因地下室水位較高，所以在沒有特別經濟要求情況下，建議底板厚度400mm起。若現在施工隊伍有豐富經驗，也可考慮跳倉法等施工工藝。

3.4 地下室外墻設計

3.4.1 室外地面活塞選擇

考慮到火災出現時室內消防車的正常停放，室外地面墻體的活荷載往往過高。即在火災救援過程中，消防車往往不會進入室內，直接停在室外建筑物旁邊進行作業，導致室內外地下室消防建筑物外墻內力無法同時承受相當大的活荷載。事實上，在消防車救災作業期間，消防車主樓和室內消防車應始終保持至少一定等效移動荷載距離，否則會導致室內消防梯主體無法側向上升或到達消防車和建筑物的室外主體上部。室外和地下消防車的等效負載覆蓋面積應至少為100m2。對于平時不能滿載的室外和地下消防車，消防車總重為300KN，等效荷載的移動荷載至少為3kN/m2。因此，安全防護層室內地面設計應首先考慮室內地面室內外墻等效活荷載為5kN/m2。

3.4.2 鋼筋設計

本工程地下室除與框架柱整體澆筑的外墻板鋼筋按雙向板計算外，其余外墻鋼筋按單向板計算。根據雙向梯形配筋荷載厚度分布計算方法，從大到小考慮了建筑外墻基底內水平配筋的壓力荷載厚度分布。按單向管中板荷載厚度計算時，可假定上端簡支，下端固定。根據建筑墻體基礎結構設計要求，可配置外建筑基礎墻體裂縫中基礎鋼筋水平荷載厚度分布模式下的基礎鋼筋荷載厚度。基層中的墻體鋼筋厚度不得超過50mm，墻體底部裂縫中的基層鋼筋寬度不得超過0.2mm。針對一些大型建筑基礎外墻基礎鋼筋測量計算高度高的情況，設計了在基礎外側加腋測量建筑基礎墻底部裂縫的鋼筋保護措施，從而大大減少基層鋼筋的厚度，有效減少基層鋼筋[3]。

3.5 主樓剪力墻與地下室及外墻重合時的鋼筋處理

當主樓上層主體結構為加筋剪力墻結構時，外墻厚度一般在200mm左右，小于地下室結構外墻和內壁的平均厚度。建筑設計中，地下室和建筑外墻的加固應單獨設置墻體加固段。然而，當其與同一上部鋼筋結構的其他垂直連接構件重疊時，連接部分加強件的接頭加固將插入到加固基礎中，如其他上部鋼筋結構在地下室底板高度10m內的聯合加固，導致多層鋼筋結構同時重疊。此時，優化后采用包絡法取各種不利鋼筋，并去除重復鋼筋或分別給出節點，使上下搭接部位墻體鋼筋清晰，既節省鋼筋，又便于施工。

4 結 語

隨著現代化進程的不斷加快，人們對生活的要求越來越快捷方便，汽車越來越多，土地資源越來越少，對環境保護的要求也越來越高，選擇合理方法調整車庫結構設計才能節約資源，有效節約成本。沿海地區地理情況不同于一般城市，因氣候、溫差、通風等因素的影響，在對其進行地下車庫設計時需要全面考慮，對癥下藥，其中除抗震需求外，潮濕問題就是首先需要考慮的方面。設計時做好整體評估，在結構和平面布局時需要考慮自然通風，盡量依靠暢通的自然風對轉角或死角等通風條件較差的區域進行調節，區域設計時需要進行合理化選擇。其次材料的選擇也是一個重要方面，因沿海地區晝夜溫差較大，對材料性能的要求較高，保溫性能好的材料是首選，對于外界溫差發生較大變化時可依靠材料自身的保溫性能進行自動調節，既能夠對于地下車庫的結構框架進行保護，也可以實現有效節約能源的目的。