地下車庫結(jié)構(gòu)方案選型分析

周曉理

(上海聯(lián)創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海 200120)

1 概述

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，汽車的保有量也越來越多。伴隨而來的是地下車庫的建設(shè)數(shù)量和規(guī)模也越來越大。一個(gè)常規(guī)的住宅區(qū)地下車庫的造價(jià)約占整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)的10%～20%，所以地下車庫結(jié)構(gòu)方案的選擇直接影響項(xiàng)目建設(shè)成本。本文針對上海浦東某小區(qū)地下車庫結(jié)構(gòu)方案選取進(jìn)行一些探討。

本案例總建筑面積約120 000 m2，包含地下汽車庫及多棟高層住宅。地下汽車庫建筑面積約為19 750 m2，與主樓完全脫開，主要使用功能為汽車庫及設(shè)備用房。地庫頂板覆土厚度1.5 m，地面絕對正負(fù)零對應(yīng)絕對標(biāo)高為4.5 m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度為7度(0.10g)，設(shè)計(jì)地震分組為第一組;地庫抗震等級為三級。場地類別為Ⅳ類，場地設(shè)計(jì)特征周期0.9 s。地下室抗浮設(shè)計(jì)水位為室外地面下0.5 m。

2 地下車庫的層高

地下車庫層高是影響土建造價(jià)的一個(gè)重要因素。因?yàn)榈貛鞂痈咧苯佑绊懙酵练介_挖、降水、支護(hù)、抗拔樁布置數(shù)量等相關(guān)內(nèi)容。層高加大，則土方開挖量增大，降水要求提高，支護(hù)難度加大，抗拔樁數(shù)量增加，所以地下車庫的層高越低越好。地下車庫層高需要建筑專業(yè)、設(shè)備專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)緊密配合。普通地下車庫在設(shè)備管道沒有特殊要求的情況下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件下控制在2.8 m高度(各設(shè)備專業(yè)走管高度控制在600 mm，建筑凈高2.2 m)。結(jié)構(gòu)則應(yīng)比選不同方案以減小地庫梁高及底板厚度，并與建筑溝通減小地庫底板面層厚度，從而減小地庫的開挖深度。本項(xiàng)目地庫中間范圍景觀需抬高，此范圍地庫相應(yīng)也抬高1 000 mm，如圖1所示。抬高后，此區(qū)域土方開挖量就減少了4 700 m3，按每立方米土開挖及運(yùn)輸費(fèi)用30元計(jì)算，僅此一項(xiàng)就節(jié)省14.1萬元。

3 柱網(wǎng)及樓蓋結(jié)構(gòu)方案比選

本項(xiàng)目對地下車庫兩種典型柱網(wǎng):8.1 m×8.1 m和5.4 m×5.4 m進(jìn)行比較。8.1 m×8.1 m柱網(wǎng)柱間設(shè)三車位，柱網(wǎng)大，地庫空間開闊;5.4 m×5.4 m柱網(wǎng)柱間設(shè)兩車位，車道位置采用6.1 m ×5.4 m，柱網(wǎng)小，地庫空間緊湊，如圖2，圖3 所示。

圖1 地庫局部抬高圖

圖2 8.1 m×8.1 m柱網(wǎng)車位布置圖

圖3 5.4 m×5.4 m柱網(wǎng)車位布置圖

現(xiàn)就兩種柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。屋蓋統(tǒng)一按單向次梁布置形式。頂板厚度統(tǒng)一250 mm，頂板覆土1 500 mm，頂板活荷載5.0 kN/m2。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果詳見表1。

表1 兩種柱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果

由表1分析可知方案二較方案一僅鋼筋混凝土造價(jià)節(jié)省約24%。小柱網(wǎng)布置形式經(jīng)濟(jì)性明顯好于大柱網(wǎng)，而且小柱網(wǎng)構(gòu)件截面小，地庫層高更低。故在建設(shè)單位對地庫空間沒有較高要求的情況下建議地庫采用小柱網(wǎng)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)。

4 梁板體系方案比選

現(xiàn)對5.4 m×5.4 m柱網(wǎng)情況下，對樓蓋結(jié)構(gòu)方案進(jìn)一步進(jìn)行分析。通常情況屋蓋體系有以下幾種形式:主梁體系、單向次梁體系、十字梁體系、無梁樓蓋體系，如圖4所示。

圖4 梁板體系方案

各種方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果如表2所示。

表2 梁板體系方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果

方案一～方案三地下車庫層高3 500 mm(梁高600 mm～700 mm，建筑凈高2 200 mm，設(shè)備高度600 mm);方案四層高3 200(頂板300 mm～400 mm，建筑凈高 2 200 mm，設(shè)備高度600 mm)?？紤]土方開挖、支護(hù)、降水等因素，地庫開挖深度每降低100 mm高度考慮節(jié)省造價(jià)40元/m2進(jìn)行估算。折算后方案四造價(jià)252元/m2，此外相對其他幾種樓蓋形式，無梁樓蓋相對平整，節(jié)省模板，也更方便施工。綜上所述在四個(gè)方案中方案四最為經(jīng)濟(jì)。故本工程采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式。

5 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案比選

1)筏板選型。關(guān)于地下車庫基礎(chǔ)選型，工程中主要有梁板式筏形基礎(chǔ)、平板式筏板加柱墩基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板基礎(chǔ)三種形式。但梁板式筏基施工復(fù)雜、周期長;而3層土承載力不高，獨(dú)基加防水板基礎(chǔ)形式獨(dú)基會較大，且未充分發(fā)揮防水板的抗彎性能，所以此種形式也并不經(jīng)濟(jì)。最終本工程選用平板式筏板加柱墩基礎(chǔ)形式。根據(jù)地勘資料，本工程采用3層土作為持力層，修正后地基承載力達(dá)到82 kPa。經(jīng)計(jì)算，不考慮有利水頭，地庫基底板平均反力在50 kPa左右，滿足設(shè)計(jì)要求。地下車庫底板及柱墩截面尺寸經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果如表3所示。

表3 地下車庫底板及柱墩截面尺寸經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較結(jié)果

由表3計(jì)算可知，筏板采用方案2:300厚筏板+600厚柱墩形式最為經(jīng)濟(jì)。

2)樁選型。本文分別對300 mm×300 mm，250 mm×250 mm混凝土實(shí)心方樁以及PHC400(80)預(yù)制空心方樁進(jìn)行比較(見表4)。工程計(jì)算采用盈建科建筑設(shè)計(jì)軟件1.6版。軟件抗浮工況時(shí)按實(shí)際情況計(jì)算樁身剛度，實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算時(shí)抗浮工況樁僅提供抗拔力;承壓時(shí)樁身剛度設(shè)為0，樁不提供豎向承載力，從而實(shí)現(xiàn)承壓工況完全由土來承擔(dān)。

表4 實(shí)心方樁以及預(yù)制空心方樁比較表

由表4計(jì)算可知，250×250方樁有較好的經(jīng)濟(jì)性，故本工程選用250 mm×250 mm預(yù)制實(shí)心方樁。

本工程基礎(chǔ)抗浮設(shè)計(jì)對5.4×5.4標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)，采用抗拔樁按每柱網(wǎng)一樁，柱下布置，此種形式受力更為明確。對于10.8 m×10.8 m柱網(wǎng)的下沉庭院，采用板下均勻布樁，可以有效減小筏板配筋，提高經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)語

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該在方案設(shè)計(jì)階段就介入，配合建筑對柱網(wǎng)、層高等內(nèi)容給出及時(shí)合理的意見和建議，在后期施工圖設(shè)計(jì)，對各種結(jié)構(gòu)方案充分對比分析后，才能選擇出合理經(jīng)濟(jì)的方案，從而保障項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。本文通過對地下停車庫層高、柱網(wǎng)、樓蓋體系、筏板以及樁進(jìn)行詳細(xì)比選，提出了優(yōu)化意見，最終確定了地下車庫的結(jié)構(gòu)方案，同時(shí)也為類似工程的設(shè)計(jì)提供了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

［1］DGJ 08—11—2010，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.