沿海住宅小區(qū)地下車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賴(lài)靈鋒

(臺(tái)州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 臺(tái)州 318000)

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，地下室頂板會(huì)采取覆土方式，根據(jù)需要1.0m～1.5m。結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)沿海高水位軟土地基地區(qū)常規(guī)地下室結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、頂板和側(cè)壁消防車(chē)活荷載值以及頂板和樓板結(jié)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1 工程概況

該項(xiàng)目為浙江某沿海城市住宅項(xiàng)目，建設(shè)用地面積為99 590m2，總建筑面積為33萬(wàn)m2的大型綜合居住社區(qū)，其中地下總建筑面積約8.1萬(wàn)m2，車(chē)庫(kù)層高3.5m，頂板覆土1.3m。地下室長(zhǎng)X寬約為392m×220m，外墻厚300mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，柱跨(5.2+6.6+5.2)m×7.8m。地下室采用超前止水、后澆帶等措施。本文結(jié)合該沿海高水位工程實(shí)際設(shè)計(jì)案例，結(jié)合設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)以及碰到的問(wèn)題，通過(guò)分析咨詢(xún)總結(jié)給出了工程措施。

2 住宅小區(qū)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

2.1 防水問(wèn)題

高層建筑結(jié)構(gòu)地下室結(jié)構(gòu)澆筑防水工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)核心問(wèn)題是，如何使最終澆筑完成的高層結(jié)構(gòu)主體混凝土石料達(dá)到建筑設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度，并滿(mǎn)足防水、抗?jié)B，壓縮和侵蝕，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)有害建筑裂縫。結(jié)構(gòu)混凝土石材是一種多孔建筑材料，只有不斷攪拌多孔石，增加多孔水泥的使用量和高出砂率，并加入大量硅酮或其他減水劑，才能大大減少結(jié)構(gòu)混凝土滲水縫和黏土毛細(xì)孔，從而大大提高結(jié)構(gòu)混凝土防水抗?jié)B性能，但是施工人員往往會(huì)忘記混凝土干燥收縮會(huì)產(chǎn)生裂縫的特性，從而導(dǎo)致防水效果不能達(dá)到預(yù)期。隨著新型建筑技術(shù)不斷發(fā)展，目前混凝土外加劑的深化研究，已經(jīng)可以基本解決普通混凝土抗拉強(qiáng)度低、極限拉應(yīng)變小的缺陷。

2.2 抗震要求

地下室抗震能力強(qiáng)弱不僅與地下室采用的建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與地下室埋深有著很大關(guān)系。應(yīng)該選用具有一定強(qiáng)度的復(fù)合型建筑材料，盡量減少地下室外墻之間的接縫，以增強(qiáng)地下室整體剛性；地下室外墻一半以上埋深高度不大于室外地面以上建筑高度，忽略建筑層數(shù)。總高度通常可根據(jù)室外地面上部高度計(jì)算。半地下室外墻柱與室內(nèi)上部主體結(jié)構(gòu)墻柱高度應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.3 地下室抗浮

地下室高層建筑抗震、抗浮維護(hù)工程設(shè)計(jì)和維護(hù)過(guò)程中，當(dāng)汛期要求地下室建筑正常使用時(shí)，往往只是一種極限抗浮維護(hù)狀態(tài)，在建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)建筑物整體和局部抗浮維護(hù)能力明顯不足時(shí)，其可能直接對(duì)高層建筑的整體和局部造成嚴(yán)重?fù)p壞。此外，在實(shí)踐中，許多大型高層建筑和一些小型低層建筑在汛期可能需要建在同一高度、大型區(qū)域建筑的地下室上。本地區(qū)抗浮水位大都在室外場(chǎng)地以下0.5m考慮，抗浮水位較高。此外，部分區(qū)域上方無(wú)建筑物，此類(lèi)抗浮問(wèn)題處理難度較大，必須認(rèn)真分析處理。

2.4 結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

本項(xiàng)目屬于沿海地區(qū)，水位較高，對(duì)鋼筋含量影響較大。一般常規(guī)地庫(kù)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)優(yōu)化后的指標(biāo)是：非人防區(qū)域混凝土含量1.15m3/m2，鋼筋含量125kg/m2；人防區(qū)域混凝土含量1.25m3/m2，鋼筋含量165kg/m2。但由于本項(xiàng)目業(yè)主對(duì)經(jīng)濟(jì)性的重視，最終本項(xiàng)目指標(biāo)控制在非人防區(qū)域混凝土含量1.10m3/m2，鋼筋含量115kg/m2；人防區(qū)域混凝土含量1.22m3/m2， 鋼筋含量155kg/m2[1]。

3 住宅小區(qū)車(chē)庫(kù)地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)形式選擇

地下車(chē)庫(kù)頂板結(jié)構(gòu)形式很多，最常見(jiàn)的是空心樓蓋、十字梁板、井字梁板、主梁大板結(jié)構(gòu)(大板結(jié)構(gòu))和無(wú)梁樓蓋(因本地區(qū)無(wú)梁樓蓋施工經(jīng)驗(yàn)不豐富暫且不考慮)。通過(guò)方案比較，在本工程荷載和柱間距條件下，從經(jīng)濟(jì)性、施工方便和工期效率綜合考慮，大板結(jié)構(gòu)成為本工程首選方案。

3.2 柱下基礎(chǔ)和防水板設(shè)計(jì)

(1)基礎(chǔ)選型。車(chē)庫(kù)地下室的柱下D+L豎向荷載1 900kN，抗拔力150kN～200kN，由于沿海地區(qū)地面30m～40m均是淤泥層，因此采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)包括預(yù)應(yīng)力管樁，鉆孔灌注樁等。管樁經(jīng)濟(jì)上優(yōu)于鉆孔灌注樁，但由于預(yù)應(yīng)力管樁在接頭上不利于抗拔，并且根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及地方規(guī)范要求，此條件下不準(zhǔn)采用管樁，所以本項(xiàng)目選用了施工經(jīng)驗(yàn)成熟、質(zhì)量相對(duì)可靠的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。從荷載情況及沿海土質(zhì)情況考慮，建議柱下盡量采用單樁基礎(chǔ)，并且樁采用小直徑長(zhǎng)樁，才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)最大化要求。

(2)合理考慮水浮力對(duì)防水板的影響，是防水板計(jì)算重點(diǎn)。底板做法通常有梁板結(jié)構(gòu)和無(wú)梁板(防水板+下柱墩)，由于無(wú)梁板具備更高經(jīng)濟(jì)性，且目前施工采用機(jī)械開(kāi)挖時(shí)無(wú)梁更加便于施工，因此本項(xiàng)目選取防水板+下柱墩。本項(xiàng)目防水板板厚350mm，下柱墩尺寸大小宜大于柱跨的1/3且防水板配筋確定合理尺寸，下柱墩從受力角度分析45°更加合理，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)角度實(shí)際情況施工難度較大，快速施工目的能夠達(dá)到，而90°磚胎膜施工優(yōu)勢(shì)更加明顯，故予以采用。對(duì)給底板按有限元計(jì)算，下柱墩通常被視為柱帽，底板類(lèi)似為帶柱帽的無(wú)梁樓蓋體系。對(duì)于底板的計(jì)算，應(yīng)分別計(jì)算作用在防水板上的向下荷載和向上荷載，然后取較大值。防水板上的向下荷載包括建筑表面荷載、防水板自重和板上均布活荷載。防水板上的向上荷載主要為水浮力。需要注意的是，此時(shí)應(yīng)減去防水板自重和建筑表面荷載，如人防地下室，還應(yīng)考慮板底以下地下室樓板上的人防向上等效靜荷載。

(3)人防底板等效荷載對(duì)防水板構(gòu)成影響。人防底板配筋反算時(shí)應(yīng)考慮以下兩種荷載組合：常規(guī)下1.0恒+1.35水浮力≤R1，人防下1.0恒載+1.0水浮力+1.0人防底板等效靜荷載≤R2，但需要注意的是承載力R2中的混凝土和鋼筋強(qiáng)度采用動(dòng)力強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，即《人民防空地下室設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50038-2005。而本地區(qū)車(chē)庫(kù)地下室基本采用樁基礎(chǔ)，因此底板等效荷載根據(jù)以上規(guī)范4.8.15條采取-25kPa。根據(jù)公式推算得出，本項(xiàng)目底板底水浮力大約-42kPa時(shí)兩種荷載組合對(duì)底板配筋接近。而本地區(qū)水浮力大都是-50kPa，對(duì)底板人防等效荷載影響不大，當(dāng)個(gè)別水位較小時(shí)，應(yīng)重視人防荷載對(duì)底板的明顯影響[2]。

3.3 基礎(chǔ)差異沉降及裂縫控制

車(chē)庫(kù)與許多高層主樓合而為一，高層主樓結(jié)構(gòu)剛度及荷載與地下車(chē)庫(kù)有較大差異。初步沉降觀測(cè)表明，由于土體的剪切轉(zhuǎn)移，主樓地面沉降會(huì)影響車(chē)庫(kù)主廠房周?chē)孛娉两担牵谥鞣亢蛙?chē)庫(kù)交叉點(diǎn)沒(méi)有結(jié)算，有一個(gè)突然變化，是一個(gè)連續(xù)曲線(xiàn)形狀。為了減少不均勻沉降的影響與高層建筑主要車(chē)間的基礎(chǔ)下車(chē)庫(kù)，在第二跨相鄰車(chē)庫(kù)，主樓后鑄造帶設(shè)定在800mm寬小剪切力的一部分，和主要加勁肋不斷連接；后澆帶貫穿車(chē)庫(kù)地板、橫梁、墻壁和屋頂。主樓主體施工后，沉降及后澆帶采用高強(qiáng)級(jí)無(wú)收縮混凝土澆筑。

項(xiàng)目東西長(zhǎng)392m，南北寬220m，是一個(gè)地下超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)于超長(zhǎng)地下結(jié)構(gòu)，如何控制地基、地下室頂板和地下室外墻裂縫是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要問(wèn)題。主要措施是：每隔35m～50m設(shè)置一條伸縮后澆帶，減少混凝土硬化時(shí)的裂縫收縮應(yīng)力。收縮后澆帶混凝土應(yīng)在澆筑后不少于兩個(gè)月再行封閉；沉降后澆帶應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)封頂兩個(gè)月且沉降穩(wěn)定后方可封閉。后澆帶封閉施工時(shí)(包括封帶后15日內(nèi))的日平均氣溫不得高于15℃。后澆帶用強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)的補(bǔ)償收縮混凝土(水中養(yǎng)護(hù)14d的限制膨脹率不小于0.025%)澆搗密實(shí)，并蓄水養(yǎng)護(hù)，地下室后澆帶封閉后應(yīng)立即覆土，各部位后澆帶做法見(jiàn)圖1所示。后澆帶所在周邊范圍封閉前不得通車(chē)、堆載。澆筑混凝土后，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。選用低水化熱礦渣硅酸鹽水泥加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和控制施工冷卻。在混凝土中摻入混凝土微膨脹劑和聚丙烯纖維，補(bǔ)償混凝土收縮，減少混凝土硬化過(guò)程中的收縮裂縫。

圖1 基礎(chǔ)底板及外墻后澆帶

通常，構(gòu)造鋼筋宜采用細(xì)而密布置，直徑10mm～12mm間距120mm～160mm，雙層雙向拉通。因地下室水位較高，所以在沒(méi)有特別經(jīng)濟(jì)要求情況下，建議底板厚度400mm起。若現(xiàn)在施工隊(duì)伍有豐富經(jīng)驗(yàn)，也可考慮跳倉(cāng)法等施工工藝。

3.4 地下室外墻設(shè)計(jì)

3.4.1 室外地面活塞選擇

考慮到火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)室內(nèi)消防車(chē)的正常停放，室外地面墻體的活荷載往往過(guò)高。即在火災(zāi)救援過(guò)程中，消防車(chē)往往不會(huì)進(jìn)入室內(nèi)，直接停在室外建筑物旁邊進(jìn)行作業(yè)，導(dǎo)致室內(nèi)外地下室消防建筑物外墻內(nèi)力無(wú)法同時(shí)承受相當(dāng)大的活荷載。事實(shí)上，在消防車(chē)救災(zāi)作業(yè)期間，消防車(chē)主樓和室內(nèi)消防車(chē)應(yīng)始終保持至少一定等效移動(dòng)荷載距離，否則會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)消防梯主體無(wú)法側(cè)向上升或到達(dá)消防車(chē)和建筑物的室外主體上部。室外和地下消防車(chē)的等效負(fù)載覆蓋面積應(yīng)至少為100m2。對(duì)于平時(shí)不能滿(mǎn)載的室外和地下消防車(chē)，消防車(chē)總重為300KN，等效荷載的移動(dòng)荷載至少為3kN/m2。因此，安全防護(hù)層室內(nèi)地面設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮室內(nèi)地面室內(nèi)外墻等效活荷載為5kN/m2。

3.4.2 鋼筋設(shè)計(jì)

本工程地下室除與框架柱整體澆筑的外墻板鋼筋按雙向板計(jì)算外，其余外墻鋼筋按單向板計(jì)算。根據(jù)雙向梯形配筋荷載厚度分布計(jì)算方法，從大到小考慮了建筑外墻基底內(nèi)水平配筋的壓力荷載厚度分布。按單向管中板荷載厚度計(jì)算時(shí)，可假定上端簡(jiǎn)支，下端固定。根據(jù)建筑墻體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，可配置外建筑基礎(chǔ)墻體裂縫中基礎(chǔ)鋼筋水平荷載厚度分布模式下的基礎(chǔ)鋼筋荷載厚度。基層中的墻體鋼筋厚度不得超過(guò)50mm，墻體底部裂縫中的基層鋼筋寬度不得超過(guò)0.2mm。針對(duì)一些大型建筑基礎(chǔ)外墻基礎(chǔ)鋼筋測(cè)量計(jì)算高度高的情況，設(shè)計(jì)了在基礎(chǔ)外側(cè)加腋測(cè)量建筑基礎(chǔ)墻底部裂縫的鋼筋保護(hù)措施，從而大大減少基層鋼筋的厚度，有效減少基層鋼筋[3]。

3.5 主樓剪力墻與地下室及外墻重合時(shí)的鋼筋處理

當(dāng)主樓上層主體結(jié)構(gòu)為加筋剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，外墻厚度一般在200mm左右，小于地下室結(jié)構(gòu)外墻和內(nèi)壁的平均厚度。建筑設(shè)計(jì)中，地下室和建筑外墻的加固應(yīng)單獨(dú)設(shè)置墻體加固段。然而，當(dāng)其與同一上部鋼筋結(jié)構(gòu)的其他垂直連接構(gòu)件重疊時(shí)，連接部分加強(qiáng)件的接頭加固將插入到加固基礎(chǔ)中，如其他上部鋼筋結(jié)構(gòu)在地下室底板高度10m內(nèi)的聯(lián)合加固，導(dǎo)致多層鋼筋結(jié)構(gòu)同時(shí)重疊。此時(shí)，優(yōu)化后采用包絡(luò)法取各種不利鋼筋，并去除重復(fù)鋼筋或分別給出節(jié)點(diǎn)，使上下搭接部位墻體鋼筋清晰，既節(jié)省鋼筋，又便于施工。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，人們對(duì)生活的要求越來(lái)越快捷方便，汽車(chē)越來(lái)越多，土地資源越來(lái)越少，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求也越來(lái)越高，選擇合理方法調(diào)整車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能節(jié)約資源，有效節(jié)約成本。沿海地區(qū)地理情況不同于一般城市，因氣候、溫差、通風(fēng)等因素的影響，在對(duì)其進(jìn)行地下車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)需要全面考慮，對(duì)癥下藥，其中除抗震需求外，潮濕問(wèn)題就是首先需要考慮的方面。設(shè)計(jì)時(shí)做好整體評(píng)估，在結(jié)構(gòu)和平面布局時(shí)需要考慮自然通風(fēng)，盡量依靠暢通的自然風(fēng)對(duì)轉(zhuǎn)角或死角等通風(fēng)條件較差的區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)，區(qū)域設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行合理化選擇。其次材料的選擇也是一個(gè)重要方面，因沿海地區(qū)晝夜溫差較大，對(duì)材料性能的要求較高，保溫性能好的材料是首選，對(duì)于外界溫差發(fā)生較大變化時(shí)可依靠材料自身的保溫性能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，既能夠?qū)τ诘叵萝?chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行保護(hù)，也可以實(shí)現(xiàn)有效節(jié)約能源的目的。