機械車位地下車庫的結構設計概述

張亮彬

1 概述

近年來，隨著經濟的快速發展，人們生活水平的不斷提高，汽車已經成為一般消費品進入普通百姓的家庭，這就造成了汽車車位需求量的大幅上升。在不增加地面建筑密度和不減少地面綠化面積的前提下，盡量開發利用地下空間作為地下車庫已成為一種趨勢。地下車庫又分常規地下車庫和機械車庫。常規的地下車庫以往設計比較多，優點是使用上比較舒適，結構受力合理，缺點是停車位少;機械車庫即機械式立體停車庫，其優點是可以有效的利用建筑面積，解決城市用地緊缺，盡量多的停車，代表著緩解繁華地段停車難的發展方向，缺點是要增加一定的車庫服務人員，使用上舒適度稍差，結構構件尺寸偏大。

2 工程實例

本項目地處太原市，應甲方要求，由于建筑場地狹小，又想盡量多的設置停車位，所以做地下機械車庫，建筑面積為2 000 m2，柱網尺寸為8.1 m×8.1 m，覆土厚度為1.2 m，機械車庫層高為10.1 m，同時本工程為核6，常6級的人防工程。

本項目南北向兩跨為機械車位的基坑，坑底標高為-8.950，中間設置設備用房及車庫走道，板面標高為-6.000，根據建筑平面確定，本工程結構體系采用框架結構，外墻采用鋼筋混凝土擋墻。

本工程地質情況如下:第①層:填土層，平均厚度為2.85 m;第②層:粉土層，平均厚度1.83 m，承載力特征值為fak=100 kPa;第③層:細中砂層，平均厚度6.4 m，承載力特征值為fak=120 kPa;第④層:中粗砂層，平均厚度11.90 m，承載力特征值為fak=150 kPa;第⑤層:粉質粘土層，揭露深度25.0 m，承載力特征值為fak=170 kPa。勘察期間實測穩定水位埋深介于地表下2.70 m～2.80 m，水位標高782.73 m～783.10 m，該場地為液化場地，中等液化。第④層土為持力層。本工程為丙類建筑，基礎采用筏板基礎，對于中等液化，地基可以不進行處理，僅對基礎和上部結構采取措施即可。

結構設計方面面臨三個問題:1)本場地地下水位高，而樓座本身的自重輕，水浮力大，應采用有效的抗浮措施。2)本項目為地下一層車庫，放三層機械車位，在層高10.1 m范圍內無結構分隔板，擋土墻計算高度高，會導致彎矩大，配筋率大。3)在計算高度如此高的前提下，同時要考慮人防荷載，可能會導致墻體配筋再次加大。

以下分別考慮三個問題:

第一個問題:水浮力。抗浮設計常規有兩種解決辦法:一種是增加結構自身的重量以抵抗地下水的浮力(如采用鋼屑混凝土或者基礎采用筏板基礎，同時盡量多的填土，也可以基礎底邊周邊加寬);另一種是設置抗拔樁或抗浮錨樁。所謂的抗拔樁不同于一般的基礎樁，其受力與基礎樁的最大區別在于，基礎樁是受壓樁，承載由上往下的壓力，抗拔樁承受拉力，樁體的受力隨地下水的變化而變化，承受從下往上的水浮力，受力機理正好相反，對樁體本身的承載能力要求也高。計算抗浮時還要注意，將抗浮計算分成若干個抗浮單元計算，若每個抗浮單元滿足抗浮要求，則整體抗浮也滿足要求。本工程主體僅有地下一層，自重輕，水浮力大，這樣的受力會使建筑物像船一樣浮起來。從平面圖看，中間走道局部標高為-6.000，若建筑基礎底板做成折板，首先基礎部分混凝土不好施工，同時建筑防水也不好做，若基礎做成梁板式筏板基礎，在走道對應部分用素土回填至走道頂-6.000，同時將車庫兩側的坡道底均用素土回填，則車庫部分的土重與結構主體的重量之和與水浮力平衡。但是這僅僅解決了大方案的問題，走道兩側即南北向機械車位基坑部位的結構自重仍然小于浮力，那么該部分需計算浮力引起的反力，以配置足夠的鋼筋使結構主體邊緣不會因為水浮力而發生翹曲。

第二個問題:擋土墻的配筋。常規結構設計的做法是將擋土墻的上端作為鉸支，下端作為固端，考慮水壓力與土壓力，地面堆載的共同作用，按純粹的受彎構件來進行內力的計算與配筋。當上部的覆土壓力很大時，由垂直荷載引起的擋土墻的內力會很大，本工程的覆土不大，為減少墻體的含鋼量，考慮了軸向壓力對墻體的有利作用，對外墻按偏心受壓構件進行配筋以達到在安全的前提下經濟的目的。這里需要注意的是，擋土墻的計算不能以框架柱為支座，將擋土墻按雙向板進行設計，框架柱作為受壓構件，承受彎矩的能力有限，若作為擋土墻的支座，框架柱的截面與配筋會非常大。尤其對于本工程，擋土墻與框架柱的計算高度高，框架柱作為擋土墻的支座受力很不合理，也是非常不經濟的，本工程中，擋土墻應該按單向板計算，只有在剪力墻結構體系中，才會以剪力墻作為擋土墻的支座，擋土墻按雙向板計算;還要注意地下工程結構構件迎水面的鋼筋保護層厚度為50 mm。本工程在方案確定的前提下，由于基坑四周的擋土墻計算高度高，而彎矩是與計算高度的平方成正比，根據計算簡圖，計算出內力，配筋遠大于常規構件。為了進一步降低含鋼量，又根據坡道的坡度，將擋土墻的受力高度進行了詳細的劃分，對相差較大的擋土墻進行了詳細的劃分。由于地下機械車庫的層高高，計算結果表明擋土墻的墻厚及配筋遠遠大于常規的地下車庫。

第三個問題:考慮人防荷載。人防即人民防空，人民防空的任務是根據國防的要求，動員和組織人民采取有效的防護措施，防范和減輕空襲危害，是戰時防空的重要措施之一。地下室中考慮人防的設計是一個平戰結合的問題，既要考慮平常使用時的要求，滿足使用上大空間的需要，又要考慮人防使用時承受的戰時荷載大，很難采用大空間的結構體系。

防空地下室的基本原則為:1)平戰結合，取其控制荷載。2)只控制荷載引起的構件強度驗算，不控制變形和裂縫。3)只考慮一次核襲擊。根據《人民防空工程戰術技術要求》，本工程人防地下室防護等級為核6，常6級，采用全埋式現澆鋼筋混凝土人防地下室。本工程進行如下的荷載組合:人防荷載與土壓力，水壓力進行荷載組合;土壓力，水壓力再與地面堆載進行組合，取其控制組合來確定內力。同時，根據《地下工程防水技術規范》第4.1.7條“裂縫寬度不得大于0.2 mm”，還須驗算正常使用狀態下的墻的裂縫，由計算結果看出，裂縫計算的配筋值大于強度控制的配筋值。

另外，對于地下室內的框架柱，由于機械車庫層高高，但是框架柱的截面尺寸往往又受車位的影響不能加大，在這種情況下，建議柱子的箍筋最好全高加密，以增強柱子抗變形的能力。

3 結語

綜上所述，可以解決三個技術問題，但是從經濟角度來說，地下一層機械車庫同時設人防，含鋼量要遠遠大于傳統的地下一層車庫，所以再做類似的工程，對于地下機械車庫，盡量不設置人防，可以將人防工程設置于相鄰的建筑物中，一般性的建筑物層高都不會太高，設置人防工程，也會經濟一些。

[1]GB 50009-2001，建筑結構荷載規范(2006年版)[S］.

[2]GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S］.

[3]GB 50038-2005，人民防空地下室設計規范[S］.

[4]楊紅艷.結構設計技術總結[J］.山西建筑，2010，36(6):77-78.