地下車庫結構方案選型分析

周曉理

(上海聯創建筑設計有限公司，上海 200120)

1 概述

隨著中國經濟的快速發展，人民生活水平不斷提高，汽車的保有量也越來越多。伴隨而來的是地下車庫的建設數量和規模也越來越大。一個常規的住宅區地下車庫的造價約占整個項目造價的10%～20%，所以地下車庫結構方案的選擇直接影響項目建設成本。本文針對上海浦東某小區地下車庫結構方案選取進行一些探討。

本案例總建筑面積約120 000 m2，包含地下汽車庫及多棟高層住宅。地下汽車庫建筑面積約為19 750 m2，與主樓完全脫開，主要使用功能為汽車庫及設備用房。地庫頂板覆土厚度1.5 m，地面絕對正負零對應絕對標高為4.5 m。結構設計使用年限50年，抗震設防烈度為7度(0.10g)，設計地震分組為第一組;地庫抗震等級為三級。場地類別為Ⅳ類，場地設計特征周期0.9 s。地下室抗浮設計水位為室外地面下0.5 m。

2 地下車庫的層高

地下車庫層高是影響土建造價的一個重要因素。因為地庫層高直接影響到土方開挖、降水、支護、抗拔樁布置數量等相關內容。層高加大，則土方開挖量增大，降水要求提高，支護難度加大，抗拔樁數量增加，所以地下車庫的層高越低越好。地下車庫層高需要建筑專業、設備專業和結構專業緊密配合。普通地下車庫在設備管道沒有特殊要求的情況下，結構構件下控制在2.8 m高度(各設備專業走管高度控制在600 mm，建筑凈高2.2 m)。結構則應比選不同方案以減小地庫梁高及底板厚度，并與建筑溝通減小地庫底板面層厚度，從而減小地庫的開挖深度。本項目地庫中間范圍景觀需抬高，此范圍地庫相應也抬高1 000 mm，如圖1所示。抬高后，此區域土方開挖量就減少了4 700 m3，按每立方米土開挖及運輸費用30元計算，僅此一項就節省14.1萬元。

3 柱網及樓蓋結構方案比選

本項目對地下車庫兩種典型柱網:8.1 m×8.1 m和5.4 m×5.4 m進行比較。8.1 m×8.1 m柱網柱間設三車位，柱網大，地庫空間開闊;5.4 m×5.4 m柱網柱間設兩車位，車道位置采用6.1 m ×5.4 m，柱網小，地庫空間緊湊，如圖2，圖3 所示。

圖1 地庫局部抬高圖

圖2 8.1 m×8.1 m柱網車位布置圖

圖3 5.4 m×5.4 m柱網車位布置圖

現就兩種柱網經濟性進行比較。屋蓋統一按單向次梁布置形式。頂板厚度統一250 mm，頂板覆土1 500 mm，頂板活荷載5.0 kN/m2。經濟指標比較結果詳見表1。

表1 兩種柱網經濟指標比較結果

由表1分析可知方案二較方案一僅鋼筋混凝土造價節省約24%。小柱網布置形式經濟性明顯好于大柱網，而且小柱網構件截面小，地庫層高更低。故在建設單位對地庫空間沒有較高要求的情況下建議地庫采用小柱網方案進行設計更為經濟。

4 梁板體系方案比選

現對5.4 m×5.4 m柱網情況下，對樓蓋結構方案進一步進行分析。通常情況屋蓋體系有以下幾種形式:主梁體系、單向次梁體系、十字梁體系、無梁樓蓋體系，如圖4所示。

圖4 梁板體系方案

各種方案經濟指標比較結果如表2所示。

表2 梁板體系方案經濟指標比較結果

方案一～方案三地下車庫層高3 500 mm(梁高600 mm～700 mm，建筑凈高2 200 mm，設備高度600 mm);方案四層高3 200(頂板300 mm～400 mm，建筑凈高 2 200 mm，設備高度600 mm)?？紤]土方開挖、支護、降水等因素，地庫開挖深度每降低100 mm高度考慮節省造價40元/m2進行估算。折算后方案四造價252元/m2，此外相對其他幾種樓蓋形式，無梁樓蓋相對平整，節省模板，也更方便施工。綜上所述在四個方案中方案四最為經濟。故本工程采用無梁樓蓋結構形式。

5 基礎結構方案比選

1)筏板選型。關于地下車庫基礎選型，工程中主要有梁板式筏形基礎、平板式筏板加柱墩基礎、獨立基礎加防水板基礎三種形式。但梁板式筏基施工復雜、周期長;而3層土承載力不高，獨基加防水板基礎形式獨基會較大，且未充分發揮防水板的抗彎性能，所以此種形式也并不經濟。最終本工程選用平板式筏板加柱墩基礎形式。根據地勘資料，本工程采用3層土作為持力層，修正后地基承載力達到82 kPa。經計算，不考慮有利水頭，地庫基底板平均反力在50 kPa左右，滿足設計要求。地下車庫底板及柱墩截面尺寸經濟指標比較結果如表3所示。

表3 地下車庫底板及柱墩截面尺寸經濟指標比較結果

由表3計算可知，筏板采用方案2:300厚筏板+600厚柱墩形式最為經濟。

2)樁選型。本文分別對300 mm×300 mm，250 mm×250 mm混凝土實心方樁以及PHC400(80)預制空心方樁進行比較(見表4)。工程計算采用盈建科建筑設計軟件1.6版。軟件抗浮工況時按實際情況計算樁身剛度，實現模型計算時抗浮工況樁僅提供抗拔力;承壓時樁身剛度設為0，樁不提供豎向承載力，從而實現承壓工況完全由土來承擔。

表4 實心方樁以及預制空心方樁比較表

由表4計算可知，250×250方樁有較好的經濟性，故本工程選用250 mm×250 mm預制實心方樁。

本工程基礎抗浮設計對5.4×5.4標準柱網，采用抗拔樁按每柱網一樁，柱下布置，此種形式受力更為明確。對于10.8 m×10.8 m柱網的下沉庭院，采用板下均勻布樁，可以有效減小筏板配筋，提高經濟性。

6 結語

結構設計應該在方案設計階段就介入，配合建筑對柱網、層高等內容給出及時合理的意見和建議，在后期施工圖設計，對各種結構方案充分對比分析后，才能選擇出合理經濟的方案，從而保障項目的經濟性。本文通過對地下停車庫層高、柱網、樓蓋體系、筏板以及樁進行詳細比選，提出了優化意見，最終確定了地下車庫的結構方案，同時也為類似工程的設計提供了理論和實踐經驗。

［1］DGJ 08—11—2010，地基基礎設計規范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑結構荷載規范［S］.

［3］GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范［S］.