关于地下车库结构设计的探讨

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摘要：地下车库的设计中，地基承载力修正深度的取值应根据不同的土质情况确定。主楼与地下车库连成一体时，主楼部分地基承载力修正深度的取值应根据地下车库的具体情况将超载折算成基础埋深进行计算。地下车库的外墙计算应选取合理的计算模式。基础选用独立柱基加抗水板，基础及抗水板的计算应根据分有无地下水作用两种情况分别进行讨论。

关键词：独立柱基抗水板超载无梁楼盖地下车库

中图分类号：TU470 文献标识码：A

概述

随着近年来北京市城市建设的发展及人们生活水平的提高，新建的住宅小区内均建设地下车库。地下车库可单独设置，也可以与主楼连成一个整体。在我接触的项目设计过程中，发现关于地下车库的设计在地基承载力修正深度的取值、地下室外墙计算模型的选取、独立柱基及抗水板的内力计算等方面设计人员都有很大的分歧，本文就这几个问题进行讨论，希望给设计人员一些启发。

地基承载力修正深度的确定

根据《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》6.3.4条：

fa=fka+ηb (b-3)+ηdγo(d-1.5) ⑴

其中fa为修正后的地基承载力标准指，d为基础埋置深度。

根据6.3.5条规定：外墙基础埋置深度d=(d1+d2)/2 ⑵

对于内墙基础埋置深度d:

一般第四纪沉积土d=(3d1+d2)/4⑶

新近沉积土及人工填土 d=d1 ⑷

其中d1为地下室地面至基础底的深度，d2为设计室外地面至基础底的深度。

现地下车库基础普遍采用独立柱基加抗水板的做法，外圈柱与挡土墙采用条形基础，此时d应按⑵式取值，内柱柱基根据持力层的土质类别选用相应得基础埋深d。仅根据抗水板施工完成后回填素土就认为内柱基础埋深 d应按式⑷采用的做法是明显偏于保守的。

当前住宅小区中主楼与地下车库往往连成整体，不设沉降缝。在这种情况下对于主楼部分地基承载力深度修正的取值《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002中5.2.4的条文说明中指出：对于主体结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑。当超载宽度大于基础宽度的两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。根据《建筑地基基础设计规范》附录C中浅层平板载荷试验要点中的描述，基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍，即试验是在承压板无边条件下进行的。基础两侧基底标高以上的土体与基底的摩擦力是阻止基础下土体向外挤出并产生滑动的抗力。因此基础两侧的土体只有形成连续荷载时才能作为超载考虑。

当地下车库基础采用独立柱基加抗水板时，在主楼基础两侧可形成连续非均匀超载，当超载宽度大于主体结构宽度的两倍且抗水板及其上覆土较厚时，可将超载平均值折算成土层厚度作为基础埋深对地基承载力进行修正，否则应根据工程实际情况进行折减。

车库外墙的内力计算

普通高层建筑地下室外墙一般采用上端铰接，下端嵌固，按单跨或多跨梁的计算模型。由于一般高层建筑地下室顶板厚度较薄（一般不超过180mm）,而基础底板又普遍较厚，因此这样的计算模型是满足工程精度的。而对于地下车库而言，根据这种计算模型得到的外墙内力与实际情况相差较大。出现这种情况的原因主要有两点；首先，出于园林绿化的要求，车库顶板上往往有3m左右的覆土层，顶板承受的荷载很大，为了增加车库内净高，提高空间使用率，车库顶板往往采用无梁楼盖或者是宽扁梁加厚板体系，楼板厚度与外墙差不多，而且楼板与外墙整浇于一体，此处节点考虑成铰接与实际不符。其次，由于车库顶板承受了很大的竖向荷载，因此墙、板端部的固端弯矩也很大，忽略这部分弯矩的影响会造成外墙设计的不安全。

下面举例说明：某小区地下车库，柱网6.6m×8.1m，层高3.6m，顶板上覆土厚3m，顶板与外墙厚度均为300mm。

其中：q1=45KN/m，q2=94KN/m，q3=101KN/m

经过计算

1．按图1(a)所示模型

MA=0 MB=-115.24KNm

M中max=59.45KNm

2．按图1(b)所示模型

MA=-288.16KNm MB=-289.11KNm

M中max=-175.21KNm

两种计算结果相差很大，图1(a)计算模型由于与实际情况不符，计算结果明显偏小，从而造成结构的不安全。建议在车库顶板较厚的情况下，采用图1(b)的模型计算外墙。

基础设计

地下车库的基础普遍采用梁板式筏基或平板式筏基。近年来在北京地区也多采用独立柱基加抗水板的做法，这种基础形式的特点是独立柱基承受上部荷载，抗水板承受水浮力或人防荷载，传力明确，具有很好的经济性。下面对这种基础形式的计算方法分两种情况作一下讨论。

第一种情况：无水浮力作用，基础受力模型如图2（a）所示，此时基础上部荷载全部由独立柱基承担，在地基较好的情况下，基础的沉降量很小，由于抗水板下方垫有50mm～100mm厚聚苯板，因此独立柱基受力变形后对抗水板的影响很小，抗水板可按构造配筋。但如果地基较差造成基础的沉降量较大时，独立柱基与抗水板应作为一个整体按带柱帽的无梁楼盖进行计算。

第二种情况：有水浮力作用，此时可根据力的平衡关系求得基础范围内的净反力，而抗水板承受水浮力作用。在这种情况下，由于独立柱基与抗水板整浇于一体，在共同受力的作用下其相互影响必须要考虑。因此无论地基土好坏，独立柱基与抗水板都应按有柱帽的无梁楼盖进行计算。在这种情况下建议抗水板的厚度不宜过薄（一般工程可取≥300mm）。

综上所述：在地基承载力较高，无水浮力作用或水浮力作用较小的情况下可采用独立柱基加抗水板的形式，抗水板可按构造配筋；在地基承载力较低或水浮力较大的情况下，建议采用梁板式或平板式筏基，受力明确且具有较好的经济性。如仍采用独立柱基加抗水板的形式，则应把两者作为一个整体按带柱帽的无梁楼盖进行计算。

结语

本文就地下车库的地基承载力的深度修正取值，外墙的计算模型以及独立柱基加抗水板的计算方法进行了探讨，有些问题还需进一步的理论分析和试验数据的支持，以取得满足工程需要且便于设计人员使用的设计方法。

参考文献：

[1]. 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）

[2]. 北京地区建筑地基基础勘察设计规范（DTB01-501-92）

[3]. 北京市建筑设计技术措施（结构专业）

[4]. 建筑结构静力计算手册（第二版）

作者简介：

吴益淳（1973~）,男，北京市人，大学本科，国家一级注册结构工程师，主要研究方向：建筑结构工程设计