地下车库的结构设计

地下车库的结构设计

在普通地下车库设计中,合理选取结构类型和符合实际的计算模型是合理设计和准确计算的前提;合理设计地基基础是结构安全经济的重要指标;防渗漏防开裂技术则是保证建筑物正常使用的重要措施。本文就以上问题进行了探讨,供结构设计者参考。

【关键词】地下车库;独立柱基; 防水板;裂缝控制

1. 前言

目前,城市建设特别是住宅小区的建设中,地下车库越来越多,在地下车库设计中,如何使结构设计更科学、合理,如何采用新技术显得尤为重要和迫切。

2. 结构布置与计算

2.1 柱网、梁板体系的合理布局。

目前,车库顶板常用的结构型式有无梁楼盖,无粘结预应力无梁楼盖、双向密肋及预应力双向密肋楼盖、主次梁楼盖等。当为方形柱网或接近方形柱网时,可采用前四种楼盖,各种楼盖的经济跨度如下:普通钢筋混凝土无梁楼盖为4.5m~7.2m;无粘结预应力无梁楼盖为7.2m~10.5m;普通双向密肋楼盖为9m~12m;预应力双向密肋楼盖为12m~21m。当为矩形柱网时,以短跨为主梁,长跨为次梁,且短跨与长跨比小于0.75比较经济,一般常用的主次梁跨度比为0.65~0.70,这样主次梁截面高度能协调一致,做到梁底平齐,从而能保证楼盖得结构高度最小。注意这里所说的双向密肋不是指与柱连接的都是大截面尺寸的“框架梁”开间内为井字梁的传统的结构型式,而是将柱顶网格填实成与梁同高的实心板,这样柱上实心板带承担大部分荷载,并直接将荷载传给柱子,而且实心板能有效地加大这些梁的刚度。另外能提供更大的空间高度和最大限度的减小板厚。

2.2 挡土墙的设计与计算。

地下车库的外墙应按挡土墙进行设计。挡土墙的内力与侧向土压力、水压力、垂直荷载以及边界条件有关。当垂直荷载较大时,垂直荷载作用引起的挡土墙内力将占很大比重,垂直荷载不可忽略,不能只考虑水平荷载,这时如要取得较精确的内力,应取封闭刚架结构模型来分析。当垂直荷载较小时,可以根据边界条件作简化计算,支承条件应按相对刚度比而定。有的工程外墙配筋计算中,凡外墙带扶壁柱的,不区别扶壁柱尺寸大小,一律按双向板计算配筋,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、而外墙的水平分布筋则偏于保守。只有垂直于外墙方向有钢筋混凝土内隔墙相连的外墙板块或外墙扶壁柱截面尺寸较大时,外墙板块按双向板计算配筋外,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。挡土墙

与顶板连接处,可根据顶板与挡土墙的相对刚度确定支承形式,一般情况下顶板刚度较小,可视为铰接,底板基础刚度较大,可视为固定端。竖向荷载(轴力)很小的外墙扶壁柱,其内外侧主筋也应予以适当加强。外墙的水平分布筋要根据扶壁柱截面尺寸大小,可适当另配外侧附加短水平负筋予以加强,外墙转角处也同此予以适当加强。另外还应注意,由于侧壁底部弯矩与相邻的底板弯矩大小一样,所以底板的抗弯能力不应小于侧壁,其厚度和配筋量应相当。

3. 基础的选型及设计

车库基础一般采用有梁或无梁的筏板基础,也常采用独立基础加防水板,防水板下铺聚苯板或炉渣的做法。在独立柱基加防水板的基础设计中,应注意基础埋置深度的取值,深度修正的机理是侧向超载(即埋置深度范围内的土体重力)在滑动面上形成摩阻力,从而提高了地基的承载能力。当设有钢筋混凝土防水底板时,由于该底板具有一定的刚度,并且与基础相连接,当基础底面土体产生滑移时,该底板对土的侧向滑移和挤出能起到一定的约束作用,即起到一定厚度土体的自重作用。这种作用的大小与防水底板的厚度、刚度、配筋情况、基础之间的净距离、防水底板与基础之间的连接构造等因素有关。对此国内有关资料建议按防水底板能够完全起到约束土体滑移的作用,即深度修正时基础埋深从室外自然地面算起。为安全可靠起见,当地下室防水底板较厚(不小于250mm),且配置双层钢筋网时,进行承载力深度修正确定基础埋置深度可考虑该防水底板的作用,基础埋置深度可从室外地面和地下室地面平均标高算起。但此时应注意防水板不仅仅承受水浮力,还要承受部分地基反力。

独立基础加抗水板的基础的内力计算通常采用简化方法。人为地分割成独立基础和防水板两部分:对防水板只考虑水浮力的作用,按倒无梁楼盖计算;独立基础的设计与普通独立基础完全相同,全部竖向荷载均由独立基础承担,不考虑防水板的作用。通过分析发现,对于防水板下有柔性压缩层的情况,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;当地下水位上升以后,防水板和基础均受水浮力作用,由此可见,无论存不存在地下水,独立基础与防水板都是形成整体而共同作用的,所以简化方法还是存在误差的。误差的大小主要是取决于独立柱基的计算弯矩与独立柱基加防水板实际弯矩的“等效”程度。精确的分析方法应该无论有无地下水,均应按照有柱帽的无梁楼盖进行整体设计,同时计算出独立柱基和防水板的内力。由此分析也可以得出在实际工程设计中,将挡土墙基础外扩做成中心对称的基础是没有必要的,而应按照整体的刚架模型,分析其内力。如图1所示: 图1 车库荷载模型

当采用简化方法按地基承载力确定独立柱基底面积时,为节约混凝土用料,可采用图2所示基础底面尺寸:

4. 裂缝及控制设计

设计者必须认真对待由于超长给结构带来的不利影响,当增大结构伸缩缝间距或者是不设置伸缩缝时,必须采取切实可行的措施,防止结构开裂。对于纯地下车库,上有回填土,结构受大气温差变化的影响较小,当前的设计趋势是尽量不设缝,以利于解决地下室在变形缝位置的渗漏问题。在结构施工阶段采取的主要防裂措施有:

图2 基础尺寸取值示意图图3 挡土墙水平钢筋布置示意图

图4 无缝设计示意图

4.1 采用补偿收缩混凝土,即在混凝土中渗入UEA、HEA、SL微膨胀高效抗裂防水剂等微膨胀剂。以混凝土的膨胀值减去混凝土的最终收缩值的差值大于或等于混凝土的极限拉伸即可控制裂缝。

4.2 设置后浇带,作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施。后浇带应设置在结构受力较小处,一般在梁、板跨度内的三分之一处,结构弯矩和剪力均较小,后浇带间距一般为30米到40米,后浇带接缝处的断面形式,当墙、板厚度小于30厘米时,可做成平直缝;当厚度大于30厘米小于60厘米时,可做成阶梯形或上下对称坡口形;当墙板厚度大于60厘米时可做成企口缝。后浇带的钢筋断开或贯通,在于后浇带缝的类型。对沉降后浇带而言,钢筋贯通为好;对收缩后浇带而言,钢筋断开为好;梁板结构的板筋断开,梁筋贯通,如果钢筋不断开,钢筋附近的混凝土收缩将受到约束,产生拉力导致开裂,从而降低结构抵抗温度变化的能力。由于地下室外墙一般拆模早,养护困难,受温度影响大,水分蒸发速率大,容易开裂。为控制温差和干缩引起的垂直裂缝,墙体的水平构造钢筋额度最小配筋率不应小于0.5%,并使用螺纹钢筋,钢筋间距不宜过大,采用直径10~ 16间距150mm是比较合理的,实践证明细而密的钢筋分布对结构抗裂是有利的。若要取得更为经济合理的配筋结果,可按照图3所示进行配筋。必须指出的是,后浇带只能解决施工期间的混凝土自收缩,它不能解决由于温度变化引起的结构应力集中,更不能替代伸缩缝。有一些结构设计者将后浇带和伸缩缝等同起来的看法是错误的,因为两者的作用并不相同。

4.3 膨胀带,当地下室结构超长过多,单靠设置后浇带不足以解决混凝土收缩和温度变化问题时,可以考虑采用补偿收缩混凝土,在适当位置设置膨胀加强带。用膨胀加强带取代部分施工后浇带,从而实现混凝土的连续浇筑即无缝施工,膨胀加强带的位置应设置在结构温度应力集中部位。对于地下车库的顶板、底板可采用图4(a)所示做法,可循环连续浇筑100m~150m 的超长结构,对于挡土墙由于暴露面大,养护困难,可采用图4(b)所示的后浇加强带。此方法与传统的后浇带设计一样,不同之处在于后浇带的宽度为2m,回填缝时间可为两周。

4.4 另外,对于超长结构,在有条件的情况下,可以考虑施加部分预应力。对挡土墙混凝土预