沿海住宅小区地下车库结构设计

赖灵锋

(台州市城乡规划设计研究院有限公司，浙江 台州 318000)

在本项目设计过程中，地下室顶板会采取覆土方式，根据需要1.0m～1.5m。结合工程设计实践，对沿海高水位软土地基地区常规地下室结构长度、顶板和侧壁消防车活荷载值以及顶板和楼板结构的选择与设计进行了探讨。

1 工程概况

该项目为浙江某沿海城市住宅项目，建设用地面积为99 590m2，总建筑面积为33万m2的大型综合居住社区，其中地下总建筑面积约8.1万m2，车库层高3.5m，顶板覆土1.3m。地下室长X宽约为392m×220m，外墙厚300mm，混凝土强度等级为C30，柱跨(5.2+6.6+5.2)m×7.8m。地下室采用超前止水、后浇带等措施。本文结合该沿海高水位工程实际设计案例，结合设计和施工过程中发现以及碰到的问题，通过分析咨询总结给出了工程措施。

2 住宅小区地下室结构设计问题

2.1 防水问题

高层建筑结构地下室结构浇筑防水工程设计中的一个核心问题是，如何使最终浇筑完成的高层结构主体混凝土石料达到建筑设计要求强度，并满足防水、抗渗，压缩和侵蚀，结构紧凑，无有害建筑裂缝。结构混凝土石材是一种多孔建筑材料，只有不断搅拌多孔石，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减水剂，才能大大减少结构混凝土渗水缝和黏土毛细孔，从而大大提高结构混凝土防水抗渗性能，但是施工人员往往会忘记混凝土干燥收缩会产生裂缝的特性，从而导致防水效果不能达到预期。随着新型建筑技术不断发展，目前混凝土外加剂的深化研究，已经可以基本解决普通混凝土抗拉强度低、极限拉应变小的缺陷。

2.2 抗震要求

地下室抗震能力强弱不仅与地下室采用的建筑材料和建筑结构有关，还与地下室埋深有着很大关系。应该选用具有一定强度的复合型建筑材料，尽量减少地下室外墙之间的接缝，以增强地下室整体刚性；地下室外墙一半以上埋深高度不大于室外地面以上建筑高度，忽略建筑层数。总高度通常可根据室外地面上部高度计算。半地下室外墙柱与室内上部主体结构墙柱高度应协调统一。

2.3 地下室抗浮

地下室高层建筑抗震、抗浮维护工程设计和维护过程中，当汛期要求地下室建筑正常使用时，往往只是一种极限抗浮维护状态，在建筑工程设计过程中，当建筑物整体和局部抗浮维护能力明显不足时，其可能直接对高层建筑的整体和局部造成严重损坏。此外，在实践中，许多大型高层建筑和一些小型低层建筑在汛期可能需要建在同一高度、大型区域建筑的地下室上。本地区抗浮水位大都在室外场地以下0.5m考虑，抗浮水位较高。此外，部分区域上方无建筑物，此类抗浮问题处理难度较大，必须认真分析处理。

2.4 结构经济性指标

本项目属于沿海地区，水位较高，对钢筋含量影响较大。一般常规地库项目经济优化后的指标是：非人防区域混凝土含量1.15m3/m2，钢筋含量125kg/m2；人防区域混凝土含量1.25m3/m2，钢筋含量165kg/m2。但由于本项目业主对经济性的重视，最终本项目指标控制在非人防区域混凝土含量1.10m3/m2，钢筋含量115kg/m2；人防区域混凝土含量1.22m3/m2， 钢筋含量155kg/m2[1]。

3 住宅小区车库地下室结构设计

3.1 结构形式选择

地下车库顶板结构形式很多，最常见的是空心楼盖、十字梁板、井字梁板、主梁大板结构(大板结构)和无梁楼盖(因本地区无梁楼盖施工经验不丰富暂且不考虑)。通过方案比较，在本工程荷载和柱间距条件下，从经济性、施工方便和工期效率综合考虑，大板结构成为本工程首选方案。

3.2 柱下基础和防水板设计

(1)基础选型。车库地下室的柱下D+L竖向荷载1 900kN，抗拔力150kN～200kN，由于沿海地区地面30m～40m均是淤泥层，因此采用桩基础。桩基础包括预应力管桩，钻孔灌注桩等。管桩经济上优于钻孔灌注桩，但由于预应力管桩在接头上不利于抗拔，并且根据本地区经验及地方规范要求，此条件下不准采用管桩，所以本项目选用了施工经验成熟、质量相对可靠的钻孔灌注桩基础。从荷载情况及沿海土质情况考虑，建议柱下尽量采用单桩基础，并且桩采用小直径长桩，才能达到经济最大化要求。

(2)合理考虑水浮力对防水板的影响，是防水板计算重点。底板做法通常有梁板结构和无梁板(防水板+下柱墩)，由于无梁板具备更高经济性，且目前施工采用机械开挖时无梁更加便于施工，因此本项目选取防水板+下柱墩。本项目防水板板厚350mm，下柱墩尺寸大小宜大于柱跨的1/3且防水板配筋确定合理尺寸，下柱墩从受力角度分析45°更加合理，但根据现场角度实际情况施工难度较大，快速施工目的能够达到，而90°砖胎膜施工优势更加明显，故予以采用。对给底板按有限元计算，下柱墩通常被视为柱帽，底板类似为带柱帽的无梁楼盖体系。对于底板的计算，应分别计算作用在防水板上的向下荷载和向上荷载，然后取较大值。防水板上的向下荷载包括建筑表面荷载、防水板自重和板上均布活荷载。防水板上的向上荷载主要为水浮力。需要注意的是，此时应减去防水板自重和建筑表面荷载，如人防地下室，还应考虑板底以下地下室楼板上的人防向上等效静荷载。

(3)人防底板等效荷载对防水板构成影响。人防底板配筋反算时应考虑以下两种荷载组合：常规下1.0恒+1.35水浮力≤R1，人防下1.0恒载+1.0水浮力+1.0人防底板等效静荷载≤R2，但需要注意的是承载力R2中的混凝土和钢筋强度采用动力强度设计值，即《人民防空地下室设计规范》GB50038-2005。而本地区车库地下室基本采用桩基础，因此底板等效荷载根据以上规范4.8.15条采取-25kPa。根据公式推算得出，本项目底板底水浮力大约-42kPa时两种荷载组合对底板配筋接近。而本地区水浮力大都是-50kPa，对底板人防等效荷载影响不大，当个别水位较小时，应重视人防荷载对底板的明显影响[2]。

3.3 基础差异沉降及裂缝控制

车库与许多高层主楼合而为一，高层主楼结构刚度及荷载与地下车库有较大差异。初步沉降观测表明，由于土体的剪切转移，主楼地面沉降会影响车库主厂房周围地面沉降，但是，在主房和车库交叉点没有结算，有一个突然变化，是一个连续曲线形状。为了减少不均匀沉降的影响与高层建筑主要车间的基础下车库，在第二跨相邻车库，主楼后铸造带设定在800mm宽小剪切力的一部分，和主要加劲肋不断连接；后浇带贯穿车库地板、横梁、墙壁和屋顶。主楼主体施工后，沉降及后浇带采用高强级无收缩混凝土浇筑。

项目东西长392m，南北宽220m，是一个地下超长结构。对于超长地下结构，如何控制地基、地下室顶板和地下室外墙裂缝是设计中需要考虑的重要问题。主要措施是：每隔35m～50m设置一条伸缩后浇带，减少混凝土硬化时的裂缝收缩应力。收缩后浇带混凝土应在浇筑后不少于两个月再行封闭；沉降后浇带应在主体结构封顶两个月且沉降稳定后方可封闭。后浇带封闭施工时(包括封带后15日内)的日平均气温不得高于15℃。后浇带用强度等级提高一级的补偿收缩混凝土(水中养护14d的限制膨胀率不小于0.025%)浇捣密实，并蓄水养护，地下室后浇带封闭后应立即覆土，各部位后浇带做法见图1所示。后浇带所在周边范围封闭前不得通车、堆载。浇筑混凝土后，应加强养护。选用低水化热矿渣硅酸盐水泥加强养护和控制施工冷却。在混凝土中掺入混凝土微膨胀剂和聚丙烯纤维，补偿混凝土收缩，减少混凝土硬化过程中的收缩裂缝。

图1 基础底板及外墙后浇带

通常，构造钢筋宜采用细而密布置，直径10mm～12mm间距120mm～160mm，双层双向拉通。因地下室水位较高，所以在没有特别经济要求情况下，建议底板厚度400mm起。若现在施工队伍有丰富经验，也可考虑跳仓法等施工工艺。

3.4 地下室外墙设计

3.4.1 室外地面活塞选择

考虑到火灾出现时室内消防车的正常停放，室外地面墙体的活荷载往往过高。即在火灾救援过程中，消防车往往不会进入室内，直接停在室外建筑物旁边进行作业，导致室内外地下室消防建筑物外墙内力无法同时承受相当大的活荷载。事实上，在消防车救灾作业期间，消防车主楼和室内消防车应始终保持至少一定等效移动荷载距离，否则会导致室内消防梯主体无法侧向上升或到达消防车和建筑物的室外主体上部。室外和地下消防车的等效负载覆盖面积应至少为100m2。对于平时不能满载的室外和地下消防车，消防车总重为300KN，等效荷载的移动荷载至少为3kN/m2。因此，安全防护层室内地面设计应首先考虑室内地面室内外墙等效活荷载为5kN/m2。

3.4.2 钢筋设计

本工程地下室除与框架柱整体浇筑的外墙板钢筋按双向板计算外，其余外墙钢筋按单向板计算。根据双向梯形配筋荷载厚度分布计算方法，从大到小考虑了建筑外墙基底内水平配筋的压力荷载厚度分布。按单向管中板荷载厚度计算时，可假定上端简支，下端固定。根据建筑墙体基础结构设计要求，可配置外建筑基础墙体裂缝中基础钢筋水平荷载厚度分布模式下的基础钢筋荷载厚度。基层中的墙体钢筋厚度不得超过50mm，墙体底部裂缝中的基层钢筋宽度不得超过0.2mm。针对一些大型建筑基础外墙基础钢筋测量计算高度高的情况，设计了在基础外侧加腋测量建筑基础墙底部裂缝的钢筋保护措施，从而大大减少基层钢筋的厚度，有效减少基层钢筋[3]。

3.5 主楼剪力墙与地下室及外墙重合时的钢筋处理

当主楼上层主体结构为加筋剪力墙结构时，外墙厚度一般在200mm左右，小于地下室结构外墙和内壁的平均厚度。建筑设计中，地下室和建筑外墙的加固应单独设置墙体加固段。然而，当其与同一上部钢筋结构的其他垂直连接构件重叠时，连接部分加强件的接头加固将插入到加固基础中，如其他上部钢筋结构在地下室底板高度10m内的联合加固，导致多层钢筋结构同时重叠。此时，优化后采用包络法取各种不利钢筋，并去除重复钢筋或分别给出节点，使上下搭接部位墙体钢筋清晰，既节省钢筋，又便于施工。

4 结 语

随着现代化进程的不断加快，人们对生活的要求越来越快捷方便，汽车越来越多，土地资源越来越少，对环境保护的要求也越来越高，选择合理方法调整车库结构设计才能节约资源，有效节约成本。沿海地区地理情况不同于一般城市，因气候、温差、通风等因素的影响，在对其进行地下车库设计时需要全面考虑，对症下药，其中除抗震需求外，潮湿问题就是首先需要考虑的方面。设计时做好整体评估，在结构和平面布局时需要考虑自然通风，尽量依靠畅通的自然风对转角或死角等通风条件较差的区域进行调节，区域设计时需要进行合理化选择。其次材料的选择也是一个重要方面，因沿海地区昼夜温差较大，对材料性能的要求较高，保温性能好的材料是首选，对于外界温差发生较大变化时可依靠材料自身的保温性能进行自动调节，既能够对于地下车库的结构框架进行保护，也可以实现有效节约能源的目的。