機(jī)械車位地下車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

張亮彬

1 概述

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，汽車已經(jīng)成為一般消費(fèi)品進(jìn)入普通百姓的家庭，這就造成了汽車車位需求量的大幅上升。在不增加地面建筑密度和不減少地面綠化面積的前提下，盡量開發(fā)利用地下空間作為地下車庫已成為一種趨勢。地下車庫又分常規(guī)地下車庫和機(jī)械車庫。常規(guī)的地下車庫以往設(shè)計比較多，優(yōu)點(diǎn)是使用上比較舒適，結(jié)構(gòu)受力合理，缺點(diǎn)是停車位少;機(jī)械車庫即機(jī)械式立體停車庫，其優(yōu)點(diǎn)是可以有效的利用建筑面積，解決城市用地緊缺，盡量多的停車，代表著緩解繁華地段停車難的發(fā)展方向，缺點(diǎn)是要增加一定的車庫服務(wù)人員，使用上舒適度稍差，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸偏大。

2 工程實(shí)例

本項(xiàng)目地處太原市，應(yīng)甲方要求，由于建筑場地狹小，又想盡量多的設(shè)置停車位，所以做地下機(jī)械車庫，建筑面積為2 000 m2，柱網(wǎng)尺寸為8.1 m×8.1 m，覆土厚度為1.2 m，機(jī)械車庫層高為10.1 m，同時本工程為核6，常6級的人防工程。

本項(xiàng)目南北向兩跨為機(jī)械車位的基坑，坑底標(biāo)高為-8.950，中間設(shè)置設(shè)備用房及車庫走道，板面標(biāo)高為-6.000，根據(jù)建筑平面確定，本工程結(jié)構(gòu)體系采用框架結(jié)構(gòu)，外墻采用鋼筋混凝土擋墻。

本工程地質(zhì)情況如下:第①層:填土層，平均厚度為2.85 m;第②層:粉土層，平均厚度1.83 m，承載力特征值為fak=100 kPa;第③層:細(xì)中砂層，平均厚度6.4 m，承載力特征值為fak=120 kPa;第④層:中粗砂層，平均厚度11.90 m，承載力特征值為fak=150 kPa;第⑤層:粉質(zhì)粘土層，揭露深度25.0 m，承載力特征值為fak=170 kPa?？辈炱陂g實(shí)測穩(wěn)定水位埋深介于地表下2.70 m～2.80 m，水位標(biāo)高782.73 m～783.10 m，該場地為液化場地，中等液化。第④層土為持力層。本工程為丙類建筑，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，對于中等液化，地基可以不進(jìn)行處理，僅對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)采取措施即可。

結(jié)構(gòu)設(shè)計方面面臨三個問題:1)本場地地下水位高，而樓座本身的自重輕，水浮力大，應(yīng)采用有效的抗浮措施。2)本項(xiàng)目為地下一層車庫，放三層機(jī)械車位，在層高10.1 m范圍內(nèi)無結(jié)構(gòu)分隔板，擋土墻計算高度高，會導(dǎo)致彎矩大，配筋率大。3)在計算高度如此高的前提下，同時要考慮人防荷載，可能會導(dǎo)致墻體配筋再次加大。

以下分別考慮三個問題:

第一個問題:水浮力?？垢≡O(shè)計常規(guī)有兩種解決辦法:一種是增加結(jié)構(gòu)自身的重量以抵抗地下水的浮力(如采用鋼屑混凝土或者基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，同時盡量多的填土，也可以基礎(chǔ)底邊周邊加寬);另一種是設(shè)置抗拔樁或抗浮錨樁。所謂的抗拔樁不同于一般的基礎(chǔ)樁，其受力與基礎(chǔ)樁的最大區(qū)別在于，基礎(chǔ)樁是受壓樁，承載由上往下的壓力，抗拔樁承受拉力，樁體的受力隨地下水的變化而變化，承受從下往上的水浮力，受力機(jī)理正好相反，對樁體本身的承載能力要求也高。計算抗浮時還要注意，將抗浮計算分成若干個抗浮單元計算，若每個抗浮單元滿足抗浮要求，則整體抗浮也滿足要求。本工程主體僅有地下一層，自重輕，水浮力大，這樣的受力會使建筑物像船一樣浮起來。從平面圖看，中間走道局部標(biāo)高為-6.000，若建筑基礎(chǔ)底板做成折板，首先基礎(chǔ)部分混凝土不好施工，同時建筑防水也不好做，若基礎(chǔ)做成梁板式筏板基礎(chǔ)，在走道對應(yīng)部分用素土回填至走道頂-6.000，同時將車庫兩側(cè)的坡道底均用素土回填，則車庫部分的土重與結(jié)構(gòu)主體的重量之和與水浮力平衡。但是這僅僅解決了大方案的問題，走道兩側(cè)即南北向機(jī)械車位基坑部位的結(jié)構(gòu)自重仍然小于浮力，那么該部分需計算浮力引起的反力，以配置足夠的鋼筋使結(jié)構(gòu)主體邊緣不會因?yàn)樗×Χl(fā)生翹曲。

第二個問題:擋土墻的配筋。常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的做法是將擋土墻的上端作為鉸支，下端作為固端，考慮水壓力與土壓力，地面堆載的共同作用，按純粹的受彎構(gòu)件來進(jìn)行內(nèi)力的計算與配筋。當(dāng)上部的覆土壓力很大時，由垂直荷載引起的擋土墻的內(nèi)力會很大，本工程的覆土不大，為減少墻體的含鋼量，考慮了軸向壓力對墻體的有利作用，對外墻按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行配筋以達(dá)到在安全的前提下經(jīng)濟(jì)的目的。這里需要注意的是，擋土墻的計算不能以框架柱為支座，將擋土墻按雙向板進(jìn)行設(shè)計，框架柱作為受壓構(gòu)件，承受彎矩的能力有限，若作為擋土墻的支座，框架柱的截面與配筋會非常大。尤其對于本工程，擋土墻與框架柱的計算高度高，框架柱作為擋土墻的支座受力很不合理，也是非常不經(jīng)濟(jì)的，本工程中，擋土墻應(yīng)該按單向板計算，只有在剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，才會以剪力墻作為擋土墻的支座，擋土墻按雙向板計算;還要注意地下工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件迎水面的鋼筋保護(hù)層厚度為50 mm。本工程在方案確定的前提下，由于基坑四周的擋土墻計算高度高，而彎矩是與計算高度的平方成正比，根據(jù)計算簡圖，計算出內(nèi)力，配筋遠(yuǎn)大于常規(guī)構(gòu)件。為了進(jìn)一步降低含鋼量，又根據(jù)坡道的坡度，將擋土墻的受力高度進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，對相差較大的擋土墻進(jìn)行了詳細(xì)的劃分。由于地下機(jī)械車庫的層高高，計算結(jié)果表明擋土墻的墻厚及配筋遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的地下車庫。

第三個問題:考慮人防荷載。人防即人民防空，人民防空的任務(wù)是根據(jù)國防的要求，動員和組織人民采取有效的防護(hù)措施，防范和減輕空襲危害，是戰(zhàn)時防空的重要措施之一。地下室中考慮人防的設(shè)計是一個平戰(zhàn)結(jié)合的問題，既要考慮平常使用時的要求，滿足使用上大空間的需要，又要考慮人防使用時承受的戰(zhàn)時荷載大，很難采用大空間的結(jié)構(gòu)體系。

防空地下室的基本原則為:1)平戰(zhàn)結(jié)合，取其控制荷載。2)只控制荷載引起的構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算，不控制變形和裂縫。3)只考慮一次核襲擊。根據(jù)《人民防空工程戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求》，本工程人防地下室防護(hù)等級為核6，常6級，采用全埋式現(xiàn)澆鋼筋混凝土人防地下室。本工程進(jìn)行如下的荷載組合:人防荷載與土壓力，水壓力進(jìn)行荷載組合;土壓力，水壓力再與地面堆載進(jìn)行組合，取其控制組合來確定內(nèi)力。同時，根據(jù)《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》第4.1.7條“裂縫寬度不得大于0.2 mm”，還須驗(yàn)算正常使用狀態(tài)下的墻的裂縫，由計算結(jié)果看出，裂縫計算的配筋值大于強(qiáng)度控制的配筋值。

另外，對于地下室內(nèi)的框架柱，由于機(jī)械車庫層高高，但是框架柱的截面尺寸往往又受車位的影響不能加大，在這種情況下，建議柱子的箍筋最好全高加密，以增強(qiáng)柱子抗變形的能力。

3 結(jié)語

綜上所述，可以解決三個技術(shù)問題，但是從經(jīng)濟(jì)角度來說，地下一層機(jī)械車庫同時設(shè)人防，含鋼量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的地下一層車庫，所以再做類似的工程，對于地下機(jī)械車庫，盡量不設(shè)置人防，可以將人防工程設(shè)置于相鄰的建筑物中，一般性的建筑物層高都不會太高，設(shè)置人防工程，也會經(jīng)濟(jì)一些。

[1]GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006年版)[S］.

[2]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S］.

[3]GB 50038-2005，人民防空地下室設(shè)計規(guī)范[S］.

[4]楊紅艷.結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)總結(jié)[J］.山西建筑，2010，36(6):77-78.