车库结构设计

【导读】本文针对地下车库结构设计中的常见问题进行了分析和总结，并对此类问题提出了一些看法，可供设计者参考。

一．引言：

近年来，在大中城市的住宅小区设计中，根据有关规划的要求，车库经常是必备的项目，而为满足园林绿化的需要，车库经常设计成地下车库，车库顶板上往往回填2～3米覆土，车库的结构型式为框架结构，柱网一般为8×8m，而且是顶板采用无梁楼盖，基础底板一般采用筏板基础（有梁或无梁），也常采用独立基础加防水板做法，这需要根据工程的实际情况通过进行经济性比较后加以确定。总的说来，符合下列条件之一时，可优先考虑独立柱基加防水板方案：1、地下车库与高层建筑整体相连，为调整高层与车库沉降差而有意加大车库沉降量时；2、地下水位较低，无需在底板上增加压重，就能满足抗浮要求，且地基承载力较高时；3、在仅有防水要求而无水浮力作用的地下室。独立柱基加防水板的做法见图1。根据笔者近年来的设计实践，发现在结构设计中经常使设计人员感到困惑的主要是以下几类问题：1. 地基承载力的确定。2. 挡土外墙的基础型式。3. 防水板的内力计算。4. 挡土外墙内力计算。本文结合笔者自身的设计实践，就以上几类问题谈谈自己的看法。

图1：独立柱基加防水板示意图

二．地下车库设计中的常见问题分析

(一) 地基承载力修正深度

根据文［1］的规定，建筑物地基承载力应进行深宽修正：

fa＝fka＋ηbγ(b－3)＋ηdγo(D－1.5) (1)

式中：fa--修正后地基承载力标准值

fka--修正前地基承载力标准值

D--基础埋置深度

其余参数的物理意义详见文［1］。

在确定地基承载力参数的过程中，最让设计者把握不定的是埋置深度D，事实上，这在文［1］中早有规定，那就是对于采用无梁楼盖之满堂基础，其埋置深度从室外地坪算起，即D＝D1。但当采用独立柱基加防水板时，则应按下列规定取值：1）外墙基础埋置深度：D ＝(D1＋D2)/2。2）内柱基础：一般第四纪沉积土：D＝(3D1＋D2)/4；新近沉积土及人工填土：D=D1。式中D1、D2分别为从室外地面和地下室地面起算时的基础埋置深度。需要特别指出的是：在北京地区，当车库基础与主体高层建筑之基础整体相连，为使车库沉降量不致过小，应尽量提高车库地基土的计算承载力，此时，基础埋置深度不分内、外墙（柱），一般取：D＝(D1＋D2)/2，详见文［2］。一旦确定了D值，修正后的地基承载力也就不难计算了。

（二）挡土外墙基础型式的确定

众所周知，柱下扩展基础（独立柱基或条基）上部荷载重心应尽量与基础底面之形心重合，当基础采用独立柱基加防水板做法时，对中柱而言，设计时均设计成中心对称基础，对于挡土外墙，有的设计者只考虑墙体承担顶板传来的轴力，而据此设计成中心对称条基，这是否正确，我们就有必要从车库的受力图来加以分析。

从图2和图3车库受力图我们很容易看出：由于防水板和基础是同时施工的，在周边回填土和顶板覆土施工后，防水板和基础是共同受力的，就如同带柱帽的无梁板整体基础一样。二者的差别就在于荷载分布不同，无梁板整体基础下受均布的基底反力，而当采用独立柱基加防水板时，由于防水板下铺设了易压缩材料（如聚苯板或松散炉渣），因而当地下水位在基础底面以下时，地基反力仅作用在独立柱基范围内，防水板范围内是无地基反力的。正如图2所示。当地下水位上升以后，则防水板和基础均受水浮力作用，根据力的平衡关系，不难推断，此时，基底下的地基反力将减小，随着水位的不断上升，防水板下的浮力将不断增大，而基础底面以下的地基反力将不断减小，直至水位升至抗浮水位后，这种地基反力的调整过程方达稳定，受力图如图3所示。由此可见，无论基底下是否受水浮力作用，独立基础

从来就不是独立的，而是自始至终与防水板成一整体，共同工作，就如同带柱帽的无梁板整体基础一样。因此，那种将挡土墙基础往外扩大成所谓的"中心受力"基础是不必要的，一者浪费材料，二者对外包防水的施工带来不便。

（三）基础及防水板的内力计算

在独立柱基加防水板的内力计算中，有一种作法是将独立基础和防水板分别进行内力计算，具体作法是：将独立柱基及防水板人为地分割成两部分，在地下水浮力的作用下，对基础底板按有柱帽无梁楼盖计算，此时仅考虑水浮力的作用。独立基础在设计时与普通独立基础完全相同，即承担全部竖向荷载，而不考虑防水板的作用。而事实上，我们从图2和图3可以清楚地看出，无论是有无地下水，柱下基础均不可能是真正的"独立基础"，而是始终与防水板共同工作。同样地，防水板也不仅仅是在水压力作用下才产生内力，因为独立基础和防水板作为一个整体，尽管无地下水时，地基反力只是作用在独立基础范围内，但同样对独立基础以外的部分产生内力，由此可见，那种将独立基础和防水板人为地割裂开进行内力计算是不妥当的，与结构实际的受力模型是不相符的，正确的做法，应该是不论有无地下水，均应按有柱帽无梁楼盖进行设计，由此同时计算出独立基础部分以及防水板部分的内力。很显然，由于图3所示的受力属于不利情况，因此，在实际设计工作中，只需要按抗浮水位计算浮力，并由力的平衡关系求得基础范围内的地基净反力，再按图3所示受力模型进行内力计算（按有柱帽倒无梁楼盖计算）即可。

(四) 边墙（挡土墙）内力计算和配筋

边墙（挡土墙）的配筋，在设计中常见的作法是将挡土墙上、下端均作为固定端，考虑水压力和土压力的共同作用，按受弯构件进行内力计算和配筋。而事实上，正如图2和图3所示，边墙的内力不仅与侧向土压力、水压力有关，而且同时与垂直荷载密切相关，当车库顶板的土荷载很大时，由垂直荷载作用下引起的挡土墙的内力将占很大的比重，仅仅考虑侧向土压力、水压力来设计挡土墙将是非常不安全的。当然，当顶板的覆土较大时，为减少墙体配筋，我们可以考虑轴压力对墙体的有利作用，对边墙按偏心受压而不是纯弯构件进行配筋，以达到安全、经济之目的。

三、算例

某单层地下车库，柱网8×8m，层高3.4m，顶板覆土厚3m，顶、底板厚600，柱断面600×600，柱帽尺寸2.2×2.2×0.45，砼C30，边墙300厚，顶、底板和边墙的荷载如图4所示（图4见第6页），试计算边墙的内力及配筋。

解：下面分别按两种方法计算边墙的内力和配筋

方法一：仅考虑侧压力，外墙上、下端分别固定于顶、底板

方法二：既考虑侧压力又考虑垂直荷载，按等代框架计算。

两种方法的计算结果如表1所示。