摘要：本文主要探讨了地下室车库常见的几种设计荷载取值及应对措施，以保证工程设计满足安全、经济、合理的原则。
关键词：地下室车库；设计荷载；景观覆土；消防车荷载；人防荷载。
一、前言
近年来，大型住宅小区、商业中心综合体，往往配套多层地下车库，功能越来越复杂，且地下车库修建成本造价属于较高类子项，故地下室车库的设计荷载取值是否合理，不仅对工程成本造价有很大的影响，也直接影响工程的安全性，大家应高度重视设计过程中的荷载取值。
二、地下车库常见设计荷载
地下车库常见的设计荷载主要有：（1）恒荷载：地下室顶板的覆土荷载、建筑防水找坡构造做法、顶板（车库楼板）自重、车库底板面层及其自重。（2）活荷载：地下室顶板景观活荷载、施工荷载、车库活荷载、底板设备用房活荷载等。（3）地下室顶板消防车荷载。（4）人防荷载。（5）底板水浮力。
三、设计荷载的取值和电算软件实现方法
（1）恒荷载：恒荷载取值较为固定，一般按实际的覆土厚度、建筑面层构造做法计算单位面积荷载，板自重可按电算软件自动计算。其中覆土厚度的取值直接影响顶板恒荷载的大小，覆土厚度的影响因素有：寒冷地区的冻土深度、设备管网埋置深度、建筑总图的竖向标高设计及景观堆载等。在满足各方需求后，按最小覆土厚度计算恒荷载。
近年来人民生活水平提高，对景观设计提出了更高要求，特别是车库顶板景观微地形的堆坡出现频率最为频繁。景观堆坡常用的架空材料有：1）泡沫塑料（EPS），容重33kg/m3，单价约400元/m3，其施工速度快，有利于大乔木生长，适宜造型变化较大或小面积的堆坡；2）地垄墙+架空板，容重600kg/m3，单价红砖450元/m3，砼板800/m3，施工复杂，造价较高，后期内部容易积水及边缘水土流失，适宜造型变化较大、大面积、大地形的堆坡；3）轻质土，容重750kg/m3，单价约200元/m3，施工简单，适宜各种地形和面积的堆坡。上述架空材料可复合采用，其主要目的是为了减少景观堆坡中的顶板的覆土荷载，减少设计内力和配筋结果，从而达到结构安全经济合理的目的。另外，也可通过总图竖向设计，在有限的覆土厚度内，最大限度地降低道路的设计标高，留出景观绿化微地形的调整空间。顶板覆土厚度亦关系到消防车荷载取值，故选取合理的顶板覆土厚度，对地下室顶板的成本造价影响十分大，一般地，常规项目地下室顶板覆土的控制厚度可取0.8-1.50米较为适宜。
（2）活荷载：地下室顶板的停车活荷载、景观活荷载一般取4.0kN/m2，特殊景观造型应按实际取值。塔楼内顶板施工荷载一般取不少于5.0 kN/m2，塔楼外的纯地下室顶板施工荷载，按《广东高规》DBJ15-92-2013第4.1.2条：“首层楼面施工荷载不宜小于10kN/m2。构件承载力验算时，施工荷载的分项系数可取1.0”，故在结构模型中应输入7.2kN/m2进行计算（10/1.4≈7.14，取7.2），上述施工堆载不与顶板覆土荷载同时考虑，并与消防车荷载、人防荷载互斥，应按电算软件中采用包络组合。另外，按《荷载规范》GB5009-2012第5.5.3条：“施工荷载、检修荷载及栏杆荷载的组合值系数应取0.7，频遇值系数应取0.5，准永久值系数应取0。”，故在验算挠度时应注意其准永久值系数应取为0。
当利用顶板上的覆土层荷重代替施工荷载时，必须在图上注明覆土层须待上部主体封顶后，方可施工填土。如果现场施工场地受限，局部区域需要超限堆载，施工单位应提前介入，对局部施工荷载超过设计荷载的结构区域，将施工荷载值及堆载区域提供给设计单位复核加强结构承载力，同时可采取堆载超限区域的支撑模板延后拆模等措施。
底板设备用房活荷载亦不能忽略，特别是底板上有较大的设备时，应在基础设计软件中单独指定一块底板区域，并输入该设备活载，进行底板的承载力及正常使用状态下的验算，以满足底板的正常使用要求。
（3）消防车荷载：
消防车荷载取值与板跨大小、覆土厚度有关。按《荷载规范》GB5009-2012第5.1.3条：“设计墙、柱时，本规范表5.1.1中第8项的消防车活荷载可按实际情况考虑；设计基础时可不考虑消防车荷载。常用板跨的消防车活荷载按覆土厚度的折减系数可按附录B规定采用。”，故顶板覆土厚度超过一定范围时，应按荷载规范附录B计算覆土的折算厚度，对楼面消防车活荷载标准值进行折减，以考虑覆土对楼面消防车活荷载的影响。而目前市面上的电算软件尚未具备按覆土厚度自动折算消防车荷载，故该项设计荷载需人工手算后输入电算软件。对于一般建筑，由于消防车荷载出现概率小，作用时间短，除了消防局（站）以外，其余建筑的基础设计时可不考虑消防车荷载，在正常使用极限状态计算中，结构构件的裂缝、挠度验算中亦可不考虑消防车荷载。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在盈建科电算软件中，可将消防车荷载在自定义荷载菜单中定义输入，并可将消防车荷载的地震组合系数取为0，使其不参与地震组合计算，将消防车荷载的准永久值系数取为0，使其不参与裂缝、挠度验算计算。自定义荷载菜单中可设置消防车道处的楼面梁的折减系数。定义了消防车荷载为自定义荷载后，并点选了“消防车荷载的板块采用塑性计算”后，在形状较为规则的楼板计算中，电算软件亦可对施加了消防车荷载的板块自动采用塑性计算。电算软件中亦可对活载超过4.0kN/m2的工业房屋的局部区域指定自定义活载，并按规范选取较低的分项系数1.3，减少设计内力和配筋结果。
（4）人防荷载：当地下室车库兼作防空地下室时，地下室顶板在常规（核）武器爆炸动荷载作用下的等效静荷载标准值可按《人民防空地下室设计规范》GB 50038—2005表4.7.2及表4.8.2选用。由《人防规范》表4.5.4-1、表4.5.4-2可知，在相同的顶板区格最大短边净跨下，存在一个土中结构顶板不利覆土厚度，故在选取合理的覆土厚度，可最大限度减少人防顶板的等效静荷载，减少结构设计内力和配筋结果，对控制结构成本造价有直接影响。而作用在地下室底板上的人防荷载是因为结构受到顶板荷载后往下运动而使地基产生向上的人防荷重，作用于基础底板上。
1）带桩基的防空地下室：结构自重荷载和地下室顶板的人防荷载，可认为由桩的作用直接传至深层的土层中。底板有无人防荷载与土是否为饱和及桩类型有关，详《人防规范》第4.5.17 条规定。当有人防荷载时，人防荷载与水压力共同组合成为底板反力。当水压力大于上部恒载时该桩应同时为抗拔柱。
2）不带桩基的防空地下室：当由上部结构自重以及地下室顶板人防荷载共同作用且结构自重大于水浮力时，人防底板地基反力计入人防荷载但不计入浮力，因此底板荷载组合中可不计入水压力。
3）抗拔桩的抗拔力与人防荷载无关，因为地下室顶板的人防荷载和底板上的人防荷载是相应而产生的。底板的人防向上荷载是由于人防顶板上荷载作用时，结构向下位移而产生的反力。抗拔力应是桩基抵抗水承托上部结构的重量差。此时，结构自重加上抗拔力等于水压力。底板上荷载组合，应为水压力和人防荷载。发生核爆动荷载的同时出现最高洪水期的最高水位是可能的，因此底板上承受上部结构产生自重反力与人防底板荷载的组合荷载来设计底板配筋应是合理的，也是可行的。
（5）底板水浮力：通常地质报告中提供了两个设计水位，一个是抗浮水位，一个是最高水位或设防水位，前者是确定整体建筑抗浮稳定性验算的水压，按广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》DBJ/T 15-125-2017中的第5.1.2条：地下室抗浮稳定性验算应满足下式：W/Fwk≥1.05×γ0
其中：Fwk—水浮力标准值，F=10×H （H-按照抗浮水位确定的水头），W—地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和，γ0—结构重要性系数。
用最高水位或者设防水位来确定地下室底板及外墙构件时，在地下水作用下应有足够的强度和刚度，并满足构件的裂缝宽度控制要求。
作用于地下室底板上的地下水压力可按广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》DBJ/T 15-125-2017中的第3.0.7条：q = 1.20 ×γ × H
其中：1.20—水压作为永久荷载时的荷载分项系数。H —设防水位水头高度
另外，地下室外墙存在土的侧向压力，一般情况下采用水土分算，地下室外墙由于受到内侧楼面支撑，可认为没有位移产生，此时可按静止土压力计算：取单位墙长，外墙承担的土压力强度q0= K0γH，以此计算外墙弯矩及配筋。
四、总结
工程结构设计的目的是要保证结构具有足够的承载能力抵抗外界各种作用力，并将结构变形控制在满足正常使用的范围内，为使结构在规定的使用年限内具有足够的可靠度，结构设计的第一步就是要确定结构上的作用，“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因，包括直接作用和间接作用，而荷载就是其中的直接作用。本文选取了地下室车库常见的几种设计荷载进行探讨，重视荷载的目的是为了适应建筑结构设计的需要，以符合安全适用、经济合理的要求。
参考文献：
[1] DBJ/T 15-125-2017 广东省标准《建筑工程抗浮设计规程》[S] 中国城市出版社，2017
[2] DBJ 15-92-2013 广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》[S] 中国建筑工业出版社，2013
[3] GB5009-2012建筑结构荷载规范 [S]
[4] GB 50038—2005 人民防空地下室设计规范 [S]
论文作者:刘文聪
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/29
标签：荷载论文; 顶板论文; 地下室论文; 人防论文; 底板论文; 消防车论文; 结构论文; 《建筑模拟》2018年第14期论文;