机械车位地下车库的结构设计概述

张亮彬

1 概述

近年来，随着经济的快速发展，人们生活水平的不断提高，汽车已经成为一般消费品进入普通百姓的家庭，这就造成了汽车车位需求量的大幅上升。在不增加地面建筑密度和不减少地面绿化面积的前提下，尽量开发利用地下空间作为地下车库已成为一种趋势。地下车库又分常规地下车库和机械车库。常规的地下车库以往设计比较多，优点是使用上比较舒适，结构受力合理，缺点是停车位少;机械车库即机械式立体停车库，其优点是可以有效的利用建筑面积，解决城市用地紧缺，尽量多的停车，代表着缓解繁华地段停车难的发展方向，缺点是要增加一定的车库服务人员，使用上舒适度稍差，结构构件尺寸偏大。

2 工程实例

本项目地处太原市，应甲方要求，由于建筑场地狭小，又想尽量多的设置停车位，所以做地下机械车库，建筑面积为2 000 m2，柱网尺寸为8.1 m×8.1 m，覆土厚度为1.2 m，机械车库层高为10.1 m，同时本工程为核6，常6级的人防工程。

本项目南北向两跨为机械车位的基坑，坑底标高为-8.950，中间设置设备用房及车库走道，板面标高为-6.000，根据建筑平面确定，本工程结构体系采用框架结构，外墙采用钢筋混凝土挡墙。

本工程地质情况如下:第①层:填土层，平均厚度为2.85 m;第②层:粉土层，平均厚度1.83 m，承载力特征值为fak=100 kPa;第③层:细中砂层，平均厚度6.4 m，承载力特征值为fak=120 kPa;第④层:中粗砂层，平均厚度11.90 m，承载力特征值为fak=150 kPa;第⑤层:粉质粘土层，揭露深度25.0 m，承载力特征值为fak=170 kPa。勘察期间实测稳定水位埋深介于地表下2.70 m～2.80 m，水位标高782.73 m～783.10 m，该场地为液化场地，中等液化。第④层土为持力层。本工程为丙类建筑，基础采用筏板基础，对于中等液化，地基可以不进行处理，仅对基础和上部结构采取措施即可。

结构设计方面面临三个问题:1)本场地地下水位高，而楼座本身的自重轻，水浮力大，应采用有效的抗浮措施。2)本项目为地下一层车库，放三层机械车位，在层高10.1 m范围内无结构分隔板，挡土墙计算高度高，会导致弯矩大，配筋率大。3)在计算高度如此高的前提下，同时要考虑人防荷载，可能会导致墙体配筋再次加大。

以下分别考虑三个问题:

第一个问题:水浮力。抗浮设计常规有两种解决办法:一种是增加结构自身的重量以抵抗地下水的浮力(如采用钢屑混凝土或者基础采用筏板基础，同时尽量多的填土，也可以基础底边周边加宽);另一种是设置抗拔桩或抗浮锚桩。所谓的抗拔桩不同于一般的基础桩，其受力与基础桩的最大区别在于，基础桩是受压桩，承载由上往下的压力，抗拔桩承受拉力，桩体的受力随地下水的变化而变化，承受从下往上的水浮力，受力机理正好相反，对桩体本身的承载能力要求也高。计算抗浮时还要注意，将抗浮计算分成若干个抗浮单元计算，若每个抗浮单元满足抗浮要求，则整体抗浮也满足要求。本工程主体仅有地下一层，自重轻，水浮力大，这样的受力会使建筑物像船一样浮起来。从平面图看，中间走道局部标高为-6.000，若建筑基础底板做成折板，首先基础部分混凝土不好施工，同时建筑防水也不好做，若基础做成梁板式筏板基础，在走道对应部分用素土回填至走道顶-6.000，同时将车库两侧的坡道底均用素土回填，则车库部分的土重与结构主体的重量之和与水浮力平衡。但是这仅仅解决了大方案的问题，走道两侧即南北向机械车位基坑部位的结构自重仍然小于浮力，那么该部分需计算浮力引起的反力，以配置足够的钢筋使结构主体边缘不会因为水浮力而发生翘曲。

第二个问题:挡土墙的配筋。常规结构设计的做法是将挡土墙的上端作为铰支，下端作为固端，考虑水压力与土压力，地面堆载的共同作用，按纯粹的受弯构件来进行内力的计算与配筋。当上部的覆土压力很大时，由垂直荷载引起的挡土墙的内力会很大，本工程的覆土不大，为减少墙体的含钢量，考虑了轴向压力对墙体的有利作用，对外墙按偏心受压构件进行配筋以达到在安全的前提下经济的目的。这里需要注意的是，挡土墙的计算不能以框架柱为支座，将挡土墙按双向板进行设计，框架柱作为受压构件，承受弯矩的能力有限，若作为挡土墙的支座，框架柱的截面与配筋会非常大。尤其对于本工程，挡土墙与框架柱的计算高度高，框架柱作为挡土墙的支座受力很不合理，也是非常不经济的，本工程中，挡土墙应该按单向板计算，只有在剪力墙结构体系中，才会以剪力墙作为挡土墙的支座，挡土墙按双向板计算;还要注意地下工程结构构件迎水面的钢筋保护层厚度为50 mm。本工程在方案确定的前提下，由于基坑四周的挡土墙计算高度高，而弯矩是与计算高度的平方成正比，根据计算简图，计算出内力，配筋远大于常规构件。为了进一步降低含钢量，又根据坡道的坡度，将挡土墙的受力高度进行了详细的划分，对相差较大的挡土墙进行了详细的划分。由于地下机械车库的层高高，计算结果表明挡土墙的墙厚及配筋远远大于常规的地下车库。

第三个问题:考虑人防荷载。人防即人民防空，人民防空的任务是根据国防的要求，动员和组织人民采取有效的防护措施，防范和减轻空袭危害，是战时防空的重要措施之一。地下室中考虑人防的设计是一个平战结合的问题，既要考虑平常使用时的要求，满足使用上大空间的需要，又要考虑人防使用时承受的战时荷载大，很难采用大空间的结构体系。

防空地下室的基本原则为:1)平战结合，取其控制荷载。2)只控制荷载引起的构件强度验算，不控制变形和裂缝。3)只考虑一次核袭击。根据《人民防空工程战术技术要求》，本工程人防地下室防护等级为核6，常6级，采用全埋式现浇钢筋混凝土人防地下室。本工程进行如下的荷载组合:人防荷载与土压力，水压力进行荷载组合;土压力，水压力再与地面堆载进行组合，取其控制组合来确定内力。同时，根据《地下工程防水技术规范》第4.1.7条“裂缝宽度不得大于0.2 mm”，还须验算正常使用状态下的墙的裂缝，由计算结果看出，裂缝计算的配筋值大于强度控制的配筋值。

另外，对于地下室内的框架柱，由于机械车库层高高，但是框架柱的截面尺寸往往又受车位的影响不能加大，在这种情况下，建议柱子的箍筋最好全高加密，以增强柱子抗变形的能力。

3 结语

综上所述，可以解决三个技术问题，但是从经济角度来说，地下一层机械车库同时设人防，含钢量要远远大于传统的地下一层车库，所以再做类似的工程，对于地下机械车库，尽量不设置人防，可以将人防工程设置于相邻的建筑物中，一般性的建筑物层高都不会太高，设置人防工程，也会经济一些。

[1]GB 50009-2001，建筑结构荷载规范(2006年版)[S］.

[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S］.

[3]GB 50038-2005，人民防空地下室设计规范[S］.

[4]杨红艳.结构设计技术总结[J］.山西建筑，2010，36(6):77-78.