地下车库结构方案选型分析

周晓理

(上海联创建筑设计有限公司，上海 200120)

1 概述

随着中国经济的快速发展，人民生活水平不断提高，汽车的保有量也越来越多。伴随而来的是地下车库的建设数量和规模也越来越大。一个常规的住宅区地下车库的造价约占整个项目造价的10%～20%，所以地下车库结构方案的选择直接影响项目建设成本。本文针对上海浦东某小区地下车库结构方案选取进行一些探讨。

本案例总建筑面积约120 000 m2，包含地下汽车库及多栋高层住宅。地下汽车库建筑面积约为19 750 m2，与主楼完全脱开，主要使用功能为汽车库及设备用房。地库顶板覆土厚度1.5 m，地面绝对正负零对应绝对标高为4.5 m。结构设计使用年限50年，抗震设防烈度为7度(0.10g)，设计地震分组为第一组;地库抗震等级为三级。场地类别为Ⅳ类，场地设计特征周期0.9 s。地下室抗浮设计水位为室外地面下0.5 m。

2 地下车库的层高

地下车库层高是影响土建造价的一个重要因素。因为地库层高直接影响到土方开挖、降水、支护、抗拔桩布置数量等相关内容。层高加大，则土方开挖量增大，降水要求提高，支护难度加大，抗拔桩数量增加，所以地下车库的层高越低越好。地下车库层高需要建筑专业、设备专业和结构专业紧密配合。普通地下车库在设备管道没有特殊要求的情况下，结构构件下控制在2.8 m高度(各设备专业走管高度控制在600 mm，建筑净高2.2 m)。结构则应比选不同方案以减小地库梁高及底板厚度，并与建筑沟通减小地库底板面层厚度，从而减小地库的开挖深度。本项目地库中间范围景观需抬高，此范围地库相应也抬高1 000 mm，如图1所示。抬高后，此区域土方开挖量就减少了4 700 m3，按每立方米土开挖及运输费用30元计算，仅此一项就节省14.1万元。

3 柱网及楼盖结构方案比选

本项目对地下车库两种典型柱网:8.1 m×8.1 m和5.4 m×5.4 m进行比较。8.1 m×8.1 m柱网柱间设三车位，柱网大，地库空间开阔;5.4 m×5.4 m柱网柱间设两车位，车道位置采用6.1 m ×5.4 m，柱网小，地库空间紧凑，如图2，图3 所示。

图1 地库局部抬高图

图2 8.1 m×8.1 m柱网车位布置图

图3 5.4 m×5.4 m柱网车位布置图

现就两种柱网经济性进行比较。屋盖统一按单向次梁布置形式。顶板厚度统一250 mm，顶板覆土1 500 mm，顶板活荷载5.0 kN/m2。经济指标比较结果详见表1。

表1 两种柱网经济指标比较结果

由表1分析可知方案二较方案一仅钢筋混凝土造价节省约24%。小柱网布置形式经济性明显好于大柱网，而且小柱网构件截面小，地库层高更低。故在建设单位对地库空间没有较高要求的情况下建议地库采用小柱网方案进行设计更为经济。

4 梁板体系方案比选

现对5.4 m×5.4 m柱网情况下，对楼盖结构方案进一步进行分析。通常情况屋盖体系有以下几种形式:主梁体系、单向次梁体系、十字梁体系、无梁楼盖体系，如图4所示。

图4 梁板体系方案

各种方案经济指标比较结果如表2所示。

表2 梁板体系方案经济指标比较结果

方案一～方案三地下车库层高3 500 mm(梁高600 mm～700 mm，建筑净高2 200 mm，设备高度600 mm);方案四层高3 200(顶板300 mm～400 mm，建筑净高 2 200 mm，设备高度600 mm)。考虑土方开挖、支护、降水等因素，地库开挖深度每降低100 mm高度考虑节省造价40元/m2进行估算。折算后方案四造价252元/m2，此外相对其他几种楼盖形式，无梁楼盖相对平整，节省模板，也更方便施工。综上所述在四个方案中方案四最为经济。故本工程采用无梁楼盖结构形式。

5 基础结构方案比选

1)筏板选型。关于地下车库基础选型，工程中主要有梁板式筏形基础、平板式筏板加柱墩基础、独立基础加防水板基础三种形式。但梁板式筏基施工复杂、周期长;而3层土承载力不高，独基加防水板基础形式独基会较大，且未充分发挥防水板的抗弯性能，所以此种形式也并不经济。最终本工程选用平板式筏板加柱墩基础形式。根据地勘资料，本工程采用3层土作为持力层，修正后地基承载力达到82 kPa。经计算，不考虑有利水头，地库基底板平均反力在50 kPa左右，满足设计要求。地下车库底板及柱墩截面尺寸经济指标比较结果如表3所示。

表3 地下车库底板及柱墩截面尺寸经济指标比较结果

由表3计算可知，筏板采用方案2:300厚筏板+600厚柱墩形式最为经济。

2)桩选型。本文分别对300 mm×300 mm，250 mm×250 mm混凝土实心方桩以及PHC400(80)预制空心方桩进行比较(见表4)。工程计算采用盈建科建筑设计软件1.6版。软件抗浮工况时按实际情况计算桩身刚度，实现模型计算时抗浮工况桩仅提供抗拔力;承压时桩身刚度设为0，桩不提供竖向承载力，从而实现承压工况完全由土来承担。

表4 实心方桩以及预制空心方桩比较表

由表4计算可知，250×250方桩有较好的经济性，故本工程选用250 mm×250 mm预制实心方桩。

本工程基础抗浮设计对5.4×5.4标准柱网，采用抗拔桩按每柱网一桩，柱下布置，此种形式受力更为明确。对于10.8 m×10.8 m柱网的下沉庭院，采用板下均匀布桩，可以有效减小筏板配筋，提高经济性。

6 结语

结构设计应该在方案设计阶段就介入，配合建筑对柱网、层高等内容给出及时合理的意见和建议，在后期施工图设计，对各种结构方案充分对比分析后，才能选择出合理经济的方案，从而保障项目的经济性。本文通过对地下停车库层高、柱网、楼盖体系、筏板以及桩进行详细比选，提出了优化意见，最终确定了地下车库的结构方案，同时也为类似工程的设计提供了理论和实践经验。

［1］DGJ 08—11—2010，地基基础设计规范［S］.

［2］GB 50009—2012，建筑结构荷载规范［S］.

［3］GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范［S］.