淺談地下車庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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  摘 要】在普通地下車庫設(shè)計(jì)中,合理選取結(jié)構(gòu)類型和符合實(shí)際的計(jì)算模型是合理設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確計(jì)算的前提;合理設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)安全經(jīng)濟(jì)的重要指標(biāo);防滲漏防開裂技術(shù)則是保證建筑物正常使用的重要措施。本文就以上問題進(jìn)行了探討,供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者參考。  　　【關(guān)鍵詞】地下車庫;獨(dú)立柱基; 防水板;裂縫控制  　　1. 前言  　　目前,城市建設(shè)特別是住宅小區(qū)的建設(shè)中,地下車庫越來越多,在地下車庫設(shè)計(jì)中,如何使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更科學(xué)、合理,如何采用新技術(shù)顯得尤為重要和迫切。  　　2. 結(jié)構(gòu)布置與計(jì)算  　　2.1 柱網(wǎng)、梁板體系的合理布局。  　　目前,車庫頂板常用的結(jié)構(gòu)型式有無梁樓蓋,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋、雙向密肋及預(yù)應(yīng)力雙向密肋樓蓋、主次梁樓蓋等。當(dāng)為方形柱網(wǎng)或接近方形柱網(wǎng)時(shí),可采用前四種樓蓋,各種樓蓋的經(jīng)濟(jì)跨度如下:普通鋼筋混凝土無梁樓蓋為4.5m~7.2m;無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋為7.2m~10.5m;普通雙向密肋樓蓋為9m~12m;預(yù)應(yīng)力雙向密肋樓蓋為12m~21m。當(dāng)為矩形柱網(wǎng)時(shí),以短跨為主梁,長(zhǎng)跨為次梁,且短跨與長(zhǎng)跨比小于0.75比較經(jīng)濟(jì),一般常用的主次梁跨度比為0.65~0.70,這樣主次梁截面高度能協(xié)調(diào)一致,做到梁底平齊,從而能保證樓蓋得結(jié)構(gòu)高度最小。注意這里所說的雙向密肋不是指與柱連接的都是大截面尺寸的“框架梁”開間內(nèi)為井字梁的傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式,而是將柱頂網(wǎng)格填實(shí)成與梁同高的實(shí)心板,這樣柱上實(shí)心板帶承擔(dān)大部分荷載,并直接將荷載傳給柱子,而且實(shí)心板能有效地加大這些梁的剛度。另外能提供更大的空間高度和最大限度的減小板厚。  　　2.2 擋土墻的設(shè)計(jì)與計(jì)算。  　　地下車庫的外墻應(yīng)按擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)。擋土墻的內(nèi)力與側(cè)向土壓力、水壓力、垂直荷載以及邊界條件有關(guān)。當(dāng)垂直荷載較大時(shí),垂直荷載作用引起的擋土墻內(nèi)力將占很大比重,垂直荷載不可忽略,不能只考慮水平荷載,這時(shí)如要取得較精確的內(nèi)力,應(yīng)取封閉剛架結(jié)構(gòu)模型來分析。當(dāng)垂直荷載較小時(shí),可以根據(jù)邊界條件作簡(jiǎn)化計(jì)算,支承條件應(yīng)按相對(duì)剛度比而定。有的工程外墻配筋計(jì)算中,凡外墻帶扶壁柱的,不區(qū)別扶壁柱尺寸大小,一律按雙向板計(jì)算配筋,而扶壁柱按地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)果配筋,又未按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協(xié)調(diào)的原理,其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、而外墻的水平分布筋則偏于保守。只有垂直于外墻方向有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大時(shí),外墻板塊按雙向板計(jì)算配筋外,其余的外墻宜按豎向單向板計(jì)算配筋為妥。擋土墻與頂板連接處,可根據(jù)頂板與擋土墻的相對(duì)剛度確定支承形式,一般情況下頂板剛度較小,可視為鉸接,底板基礎(chǔ)剛度較大,可視為固定端。豎向荷載(軸力)很小的外墻扶壁柱,其內(nèi)外側(cè)主筋也應(yīng)予以適當(dāng)加強(qiáng)。外墻的水平分布筋要根據(jù)扶壁柱截面尺寸大小,可適當(dāng)另配外側(cè)附加短水平負(fù)筋予以加強(qiáng),外墻轉(zhuǎn)角處也同此予以適當(dāng)加強(qiáng)。另外還應(yīng)注意,由于側(cè)壁底部彎矩與相鄰的底板彎矩大小一樣,所以底板的抗彎能力不應(yīng)小于側(cè)壁,其厚度和配筋量應(yīng)相當(dāng)。  　　3. 基礎(chǔ)的選型及設(shè)計(jì)  　　車庫基礎(chǔ)一般采用有梁或無梁的筏板基礎(chǔ),也常采用獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板,防水板下鋪聚苯板或爐渣的做法。在獨(dú)立柱基加防水板的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中,應(yīng)注意基礎(chǔ)埋置深度的取值,深度修正的機(jī)理是側(cè)向超載(即埋置深度范圍內(nèi)的土體重力)在滑動(dòng)面上形成摩阻力,從而提高了地基的承載能力。當(dāng)設(shè)有鋼筋混凝土防水底板時(shí),由于該底板具有一定的剛度,并且與基礎(chǔ)相連接,當(dāng)基礎(chǔ)底面土體產(chǎn)生滑移時(shí),該底板對(duì)土的側(cè)向滑移和擠出能起到一定的約束作用,即起到一定厚度土體的自重作用。這種作用的大小與防水底板的厚度、剛度、配筋情況、基礎(chǔ)之間的凈距離、防水底板與基礎(chǔ)之間的連接構(gòu)造等因素有關(guān)。對(duì)此國(guó)內(nèi)有關(guān)資料建議按防水底板能夠完全起到約束土體滑移的作用,即深度修正時(shí)基礎(chǔ)埋深從室外自然地面算起。為安全可靠起見,當(dāng)?shù)叵率曳浪装遢^厚(不小于250mm),且配置雙層鋼筋網(wǎng)時(shí),進(jìn)行承載力深度修正確定基礎(chǔ)埋置深度可考慮該防水底板的作用,基礎(chǔ)埋置深度可從室外地面和地下室地面平均標(biāo)高算起。但此時(shí)應(yīng)注意防水板不僅僅承受水浮力,還要承受部分地基反力。  　　獨(dú)立基礎(chǔ)加抗水板的基礎(chǔ)的內(nèi)力計(jì)算通常采用簡(jiǎn)化方法。人為地分割成獨(dú)立基礎(chǔ)和防水板兩部分:對(duì)防水板只考慮水浮力的作用,按倒無梁樓蓋計(jì)算;獨(dú)立基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與普通獨(dú)立基礎(chǔ)完全相同,全部豎向荷載均由獨(dú)立基礎(chǔ)承擔(dān),不考慮防水板的作用。通過分析發(fā)現(xiàn),對(duì)于防水板下有柔性壓縮層的情況,當(dāng)?shù)叵滤辉诨A(chǔ)底面以下時(shí),地基反力僅作用在獨(dú)立柱基范圍內(nèi),防水板范圍內(nèi)是無地基反力的;當(dāng)?shù)叵滤簧仙院?防水板和基礎(chǔ)均受水浮力作用,由此可見,無論存不存在地下水,獨(dú)立基礎(chǔ)與防水板都是形成整體而共同作用的,所以簡(jiǎn)化方法還是存在誤差的。誤差的大小主要是取決于獨(dú)立柱基的計(jì)算彎矩與獨(dú)立柱基加防水板實(shí)際彎矩的“等效”程度。精確的分析方法應(yīng)該無論有無地下水,均應(yīng)按照有柱帽的無梁樓蓋進(jìn)行整體設(shè)計(jì),同時(shí)計(jì)算出獨(dú)立柱基和防水板的內(nèi)力。由此分析也可以得出在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,將擋土墻基礎(chǔ)外擴(kuò)做成中心對(duì)稱的基礎(chǔ)是沒有必要的,而應(yīng)按照整體的剛架模型,分析其內(nèi)力 　　當(dāng)采用簡(jiǎn)化方法按地基承載力確定獨(dú)立柱基底面積時(shí),為節(jié)約混凝土用料 　　4. 裂縫及控制設(shè)計(jì)  　　設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真對(duì)待由于超長(zhǎng)給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響,當(dāng)增大結(jié)構(gòu)伸縮縫間距或者是不設(shè)置伸縮縫時(shí),必須采取切實(shí)可行的措施,防止結(jié)構(gòu)開裂。對(duì)于純地下車庫,上有回填土,結(jié)構(gòu)受大氣溫差變化的影響較小,當(dāng)前的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是盡量不設(shè)縫,以利于解決地下室在變形縫位置的滲漏問題。在結(jié)構(gòu)施工階段采取的主要防裂措施有: 　　4.1 采用補(bǔ)償收縮混凝土,即在混凝土中滲入U(xiǎn)EA、HEA、SL微膨脹高效抗裂防水劑等微膨脹劑。以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值大于或等于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。  　　4.2 設(shè)置后澆帶,作為混凝土早期短時(shí)期釋放約束力的一種技術(shù)措施。后澆帶應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)受力較小處,一般在梁、板跨度內(nèi)的三分之一處,結(jié)構(gòu)彎矩和剪力均較小,后澆帶間距一般為30米到40米,后澆帶接縫處的斷面形式,當(dāng)墻、板厚度小于30厘米時(shí),可做成平直縫;當(dāng)厚度大于30厘米小于60厘米時(shí),可做成階梯形或上下對(duì)稱坡口形;當(dāng)墻板厚度大于60厘米時(shí)可做成企口縫。后澆帶的鋼筋斷開或貫通,在于后澆帶縫的類型。對(duì)沉降后澆帶而言,鋼筋貫通為好;對(duì)收縮后澆帶而言,鋼筋斷開為好;梁板結(jié)構(gòu)的板筋斷開,梁筋貫通,如果鋼筋不斷開,鋼筋附近的混凝土收縮將受到約束,產(chǎn)生拉力導(dǎo)致開裂,從而降低結(jié)構(gòu)抵抗溫度變化的能力。由于地下室外墻一般拆模早,養(yǎng)護(hù)困難,受溫度影響大,水分蒸發(fā)速率大,容易開裂。為控制溫差和干縮引起的垂直裂縫,墻體的水平構(gòu)造鋼筋額度最小配筋率不應(yīng)小于0.5%,并使用螺紋鋼筋,鋼筋間距不宜過大,采用直徑?10~ ?16間距150mm是比較合理的,實(shí)踐證明細(xì)而密的鋼筋分布對(duì)結(jié)構(gòu)抗裂是有利的。若要取得更為經(jīng)濟(jì)合理的配筋結(jié)果,可按照?qǐng)D3所示進(jìn)行配筋。必須指出的是,后澆帶只能解決施工期間的混凝土自收縮,它不能解決由于溫度變化引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中,更不能替代伸縮縫。有一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者將后澆帶和伸縮縫等同起來的看法是錯(cuò)誤的,因?yàn)閮烧叩淖饔貌⒉幌嗤?nbsp; 　　4.3 膨脹帶,當(dāng)?shù)叵率医Y(jié)構(gòu)超長(zhǎng)過多,單靠設(shè)置后澆帶不足以解決混凝土收縮和溫度變化問題時(shí),可以考慮采用補(bǔ)償收縮混凝土,在適當(dāng)位置設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶。用膨脹加強(qiáng)帶取代部分施工后澆帶,從而實(shí)現(xiàn)混凝土的連續(xù)澆筑即無縫施工,膨脹加強(qiáng)帶的位置應(yīng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力集中部位。對(duì)于地下車庫的頂板、底板可采用圖4(a)所示做法,可循環(huán)連續(xù)澆筑100m~150m的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),對(duì)于擋土墻由于暴露面大,養(yǎng)護(hù)困難,可采用圖4(b)所示的后澆加強(qiáng)帶。此方法與傳統(tǒng)的后澆帶設(shè)計(jì)一樣,不同之處在于后澆帶的寬度為2m,回填縫時(shí)間可為兩周。  　　4.4 另外,對(duì)于超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),在有條件的情況下,可以考慮施加部分預(yù)應(yīng)力。對(duì)擋土墻混凝土預(yù)壓應(yīng)力可控制在0.6~1.0MPa,對(duì)頂板可控制在0.2~0.7MPa。根據(jù)工程實(shí)踐,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)在地下車庫的應(yīng)用,對(duì)裂縫控制起到了很好的作用。  　　  　　還有一個(gè)值得注意問題就是地下車庫的允許裂縫寬度。地下工程防水技術(shù)規(guī)范GB50108-2001第4.1.6條規(guī)定“防水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫寬度不得大于0.2mm,并不得貫通”。目前設(shè)計(jì)人員對(duì)當(dāng)外有柔性防水層時(shí),允許裂縫寬度的取值是0.2mm還是0.3mm還存在較大的爭(zhēng)議,因?yàn)榘床煌悼紤]對(duì)結(jié)構(gòu)的用鋼量影響還是很大的。有人認(rèn)為0.2mm是針對(duì)于自防水工程而言的,當(dāng)外有柔性防水層時(shí),混凝土并不是直接接觸水或土壤的,故按照正常環(huán)境取值為0.3mm;也有人認(rèn)為應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行地下工程防水技術(shù)規(guī)范關(guān)于防水混凝土的裂縫寬度要求,作為第二道防水防線,同時(shí)認(rèn)為一旦柔性防水層破壞,要修復(fù)比較困難,所以應(yīng)取0.2mm。國(guó)家規(guī)范關(guān)于最大裂縫的控制寬度標(biāo)準(zhǔn)是這樣規(guī)定的undefined1)無侵蝕介質(zhì),無防滲要求,0.3~0.4mm;(2)輕微侵蝕,無防滲要求,0.2~0.3mm;(3)嚴(yán)重侵蝕,有防滲要求,0.1~0.2mm。本人是這樣認(rèn)為的,應(yīng)根據(jù)具體的工程情況而定,當(dāng)?shù)叵滤惠^低,地下水主要為地表水及毛細(xì)水,防水層及混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量有可靠保證,防水層外做有夯實(shí)灰土保護(hù)層,另外考慮到混凝土摻加UEA等膨脹劑時(shí),可在結(jié)構(gòu)中建立預(yù)壓應(yīng)力的有利影響,為節(jié)約造價(jià),可以按照0.3mm來控制,據(jù)目前的工程實(shí)例來看,沒有出現(xiàn)因裂縫控制寬度偏大而出現(xiàn)滲漏的情況。當(dāng)?shù)叵滤惠^高,地下室常年位于地下水位以下時(shí),應(yīng)按照最大裂縫寬度0.2mm來控制。  　　  　　5. 結(jié)束語  　　以上主要針對(duì)單建的單層地下車庫設(shè)計(jì)中常見的問題進(jìn)行了探討,對(duì)于兼做人防的,還應(yīng)滿足人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。對(duì)于論述中有關(guān)問題的個(gè)人看法,妥當(dāng)與否,還請(qǐng)專家同行指正。