上海市浦东新区规划建筑设计有限公司 上海 200235
摘要：近年来，我国居民的生活质量随着经济的高速发展也日益提高，同时也促使居民对用车需求的增加，结合城市再开发和大型建筑综合体的兴建，地下车库有了较大规模的发展，居住区车库、中心商业街车库、立体车库、传统车库等。地下停车设施的综合效益，尤其是环境效益，比地面上建多层车库更具优势。本文以某住宅小区的地下车库结构设计为实例，对地下车库结构设计的要点进行了探讨。
1、工程概况
本项目为惠南镇东南社区06-01地块动迁房，位于上海市浦东新区惠南镇北至朱家港路，南至迎仁路，西临观海路，东临60-02地块与06-03地块（规划为初中与幼儿园用地）。用地面积：54019平方米，性质为居住用地，地上建筑面积117949㎡，由13栋高层住宅（剪力墙结构，地上18层地下一层），1栋综合楼（框架结构，地上3层），1栋公益性建筑（框架结构，地上3层），1栋地下车库（框架结构，地下1层）及其它配套用房组成。
本文主要介绍地下车库的结构设计，该地下车库为单层纯地下车库与主楼完全脱开，建筑面积22081m2，地下室平面尺寸为200.8mx185.9m属于超长地下室结构；主要轴网尺寸为7.9mx7.9m、7.9mx4.8m，地下室层高3.8m，覆土厚度为1.5m；地下车库建筑平面布置图如下图1，地下车库建筑剖面布置图如下图2。
图2 地下车库剖面图
2、设计依据
根据《建筑抗震设防分类标准》GB50223—2008规定本工程的结构抗震设防类别为标准设防，根据《建筑抗震设计规范》GB50011－2010（2016修订版）和上海市工程建设规范《建筑抗震设计规程》（DGJ08-9-2013）规定本工程抗震设防烈度7度区，设计基本地震加速度为0.10g，地震分组为第二组。场地类别为IV类，设计特征周期Tg=0.9s，结构安全等级为二级，地基基础设计等级乙级，设计使用年限为50年。
根据《建筑荷载规范》GB50009—2012车库的使用荷载4.0kN/m2，车库顶活荷载5.0kN/m2，消防车道范围活荷载35.0kN/m2（用于计算梁板），计算基础时消防车道范围活荷载5.0kN/m2，基本风压为0.55 kN/m2，地面粗糙度为B类，基本雪压为0.2kN/m2。
3、地下车库顶板的梁系布置方式
本工程顶板结构采用梁板式结构，根据本工程特点和工程经验，在前期设计时根据次梁的布置方式对“一字型”、“十字型”、“井字型”三种次梁的布置方式进行了比较；地库顶板恒荷载按1.5m厚覆土计算，1.5x18=27 kN/m2，应本车库的平面布置特点大部分车库顶均为消防车道及消防登高面，故本次试算活荷载按折减后的消防车荷载考虑22 kN/m2，本次试算梁的配筋率均控制在1.5%~2.0%之间；本次试算以标准单元计算，计算软件用PKPM V3.2。
通过试算结果的比较，得到以下几点：（1）“一字型”次梁布置体系是成本最低的，但Y向主梁的截面为550x1200根据地下室静高2.2m要求，设备高度要求0.6m，地下室层高3.8m，3.8-0.6-1.2=2.0m；故此种布置方式最经济但不满足地下室静高要求。（2）“井字型”次梁布置体系单位面积混凝土用量与“十字型”相当，但单位面积钢筋用量最大，模板工程量最大，故此种布置方式造价最大。（3）“十字型”次梁布置体系梁截面550x1000满足地下室静高要求，含钢量最优，模板工程量适中；根据上述比较并与建设单位沟通依据做到便于施工，模板简单、经济性最优原则。故消防车道范围选择“十字型”次梁布置体系，主梁500x1000、500x950、500x900次梁300x850、300x800地下车库顶板厚度250mm柱截面600x600；非消防车道范围选择“十字型”次梁布置体系主梁500x950、500x900次梁300x800。地下车库顶板厚度250mm柱截面600x600，本工程混凝土强度等级C35；
4、基础设计
4.1地质资料
根据《岩土工程勘察报告》数据；据场地的工程地质条件，本场地地势较平坦，地层分布较稳定，无全新活动断裂、无滑坡等地质灾害，属稳定场地，可以建造本工程。对本拟建场地内预制桩和钻孔灌注桩的桩侧极限摩阻力标准值fs、桩端极限端阻力标准值fp值确定见表1
根据《岩土工程勘察报告》第⑥层粉质粘土，层顶标-19.504-20.60m平均层厚3.61m，第⑦1-1层砂质粉土，层顶标高-22.70～-24.90m平均层厚4.54m，土质良好及沉桩条件均可作为本工程的桩基持力层。
根据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范（DGJ08-37-2012），上海地区常年平均地下水位埋深为0.50～0.70m，低水位埋深为1.50m，高水位埋深为0.50m。
4.1基础设计
上海地区属于软土地基，且地下水位较高，地下车库的桩以抗拔桩为主，但又必须考虑顶板上较厚的覆土及稳定水位时桩承担的压力是否满足设计要求。本工程地下室室外地面标高为-0.900米，覆土厚度为1.5米，顶板厚度250mm顶板标高为-2.400米，地下车库底顶标高为-6.300米，基础形式为桩筏基础，采用PKPM系列JCCAD软件桩筏筏板有限元方法计算；根据地勘资料桩端持力层为第⑦1-1层砂质粉土；采用300x300预制方桩（JAZHb-230-1212B），桩长24m，单桩抗拔承载力设计值为250kN，单桩抗压承载力设计值550kN；总桩数为1069根。根据计算本工程主要以2桩承台和三桩承台为主，承台厚度为900m满足冲切计算，车库底板厚500mm；桩基施工完成后，需进行验收检测性试桩和动测。测桩数量：静载：总桩数的1%且不少于3根；动测：应对不少于全部桩数的30%做小应变动测，并且每根柱下应至少抽取一根。
4.2抗浮设计
根据地勘报告和类上海地区工程经验确定抗浮设计水位为室外地面以下0.5米；
1）局部抗浮取标准跨计算抗浮如下图3
图3 标准跨抗浮计算单元
水浮力为：Gk=1.05x（6.3+0.5-0.9-0.5）x10=56.7 kN/m2
自重计算：覆土、车库顶梁板、面层、地库底板合计 50.85kN/m2
故单柱下浮力为：（56.7-50.85）x7.9x7.9=366kN；
单柱下布置二颗抗拔桩：2x250=500kN>366kN
2）整体抗浮计算
上部传来恒载=951766.94（kN）筏板恒载（自重＋土重＋板面恒载）=285489.63（kN）
抗浮稳定性计算符合下式要求：
（上部传来恒载+筏板恒载+桩抗拔特征值）/γ×水深度×围区面积）
=（951766.94+285489.63+250×1069）/（10×（-1.40+6.80）×25436.38）
=1.10≥1.05
抗浮稳定性满足设计要求！
5、超长结构设计措施
地下车库通常都是地下超长结构，顶板、底板和外墙的裂缝控制为设计重点，设计和施工过程中必须采取有效措施进行控制。结构裂缝产生的主要原因是混凝土收缩、结构受力、地基不均匀沉降和温度变化，根据“先放后抗”的原则，考虑地下水对结构设计、施工的不利影响，本工程针对性地采取以下主要措施：
1）地下车库间隔30～40m设置贯通底板、顶板和外墙的施工后浇带，后浇带采用微膨胀混凝土，强度比原混凝土提高一级浇筑。后浇带可释放混凝土硬化过程中的收缩应力，减少或控制混凝土的初始裂缝。但地下水位较高时，施工后浇带封闭前不能停止施工降水。
2）合理选择混凝土配合比，对砂率、水灰比、水泥用量及掺合料进行优化设计，选用水化热低的水泥、掺人适当的粉煤灰和外加剂、控制水泥用量，并应作好养护和温度测量。减轻因水化热而产出的裂缝。
3）施工中加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度；采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高密实性；加强混凝土养护、养护过程中保持良好的温度和抗风环境，提高混凝土结构的抗裂能力。
6、大体积混凝土的技术措施
本工程大体积混凝土施工应符合现行国家标准《大体积混凝土施工规范》GB 50496的规定；大体积与超长结构混凝土配合比应经过试配确定。原材料应符合相关标准的要求，宜选用中低水化热低碱水泥。宜避免高温施工；当必须暑期高温施工时，应采取措施降低混凝土拌合物和混凝土内部温度；宜采取整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑法；下层混凝土初凝前应进行第二层混凝土浇筑。分层设置水平施工缝时，除应符合设计要求外，尚应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求。
7、结束语
该地下车库的结构设计应该考虑以下几点：
1）针对本工程平面特点对地下车库顶板结构次梁布置进行比较选择最经济合理的梁系布置，满足建筑使用功能及结构安全、适用、经济的要求；为以后类似项目提供了设计依据。
2）对于超长的大型地下工程，由于建筑使用功能及防水要求不设置变形缝，经过对结构的温度应力进行计算分析，结合各类结构构件的受力特点，采取针对性的加强措施。
3）对于上海或类上海地区地下水位较高地区计算时应考虑最高水位和稳定水位两种情况的不利影响与结果，选择合理的抗浮设计措施，并合理的布置后浇带，并明确地下车库顶板覆土完成后方可停止降水；既满足基础工程的设计要求又保证建筑安全、适用、经济。
参考文献：
[1]GB50010--2010（2015版），混凝土结构设计规范．
[2]GB50009--2012，建筑结构荷载规范
[3]GB 50007--2011，建筑地基基础设计规范
[4]DGJ08-11-2010，地基基础设计规范
[5]李国胜.多高层建筑基础及地下室结构设计
论文作者:张林在
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/12
标签：混凝土论文; 顶板论文; 地下车库论文; 荷载论文; 车库论文; 工程论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第16期论文;