地下车库结构设计中关键要素的计算分析及研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 04 日 作者简介：刘文剑（1986），男，汉族，湖北随州人，本科，工程师，主要研究方向：工业与民用建筑结构设计。-121-地下车库结构设计中关键要素的计算分析及研究 刘文剑 杭州园林景观设计有限公司，浙江 杭州 310000 摘要：摘要：地下车库经济性的影响因素众多，可以从建筑、结构、设备三个专业角度分析，本质上也可以从停车效率、层高、结构经济指标、设备投入几个要素进行分析。地下车库的范围应尽可能规整，合理布置设备机房，减少无效面积，降低单车位停车面积，提高停车效率；设备管线应综合布设，降低综合管网的敷设高度，提高经济性。本文着重以结构专业属性，从柱网布置切入，分析结构经济指标、基础抗浮措施、结构设计优化对地下车库结构经济性的影响。关键词：关键词：地下车库；标准柱网；抗浮措施；优化措施；泄水减压 中图分类号：中图分类号：TU93 1 地下车库标准柱网 1.1 停车效率对比 由于地下车库的设计会受到空间和面积的限制，因此在设计时要以停放车辆数量的最大化为主要依据。在地下车库的设计中，只要是涉及到柱网布置的，势必会占用停车位置，故而要综合考虑柱网布置的数量和结构的经济性。地下车库根据其建筑功能的要求一般可以分为四类柱网，柱网尺寸分别为 5.1x7.8，5.1x5.4，8.1x7.8，8.1x5.4，以停车 24 辆所需要的建筑面积为指标进行对比，如表 1 所示。柱网方案（一）和柱网方案（三）停车效率较高且大致相当，可作为后续研究对象。在实际工程中，柱网尺寸 5.1x5.4 和 8.1x5.4 应用极少，因此本文后续不再进行分析论证。1.2 地下车库顶板结构布置方案 为了进一步评估何种柱网尺寸具有较好的结构经济性，柱网尺寸 5.1x7.8 和 8.1x7.8 分别按照不同的地下车库顶板结构布置形式进行计算分析。计算假定条件：地下车库顶板覆土厚度为 1.5m，恒载取值为1.5x18+1.8=28.8 kN/m2，活荷载取值为 5.0 kN/m2，消防车荷载考虑不布置或者满布两种情况，不同的结构布置方案均在相同条件下进行计算比较。采用 YJK 软件进行计算及工程量统计，统计数据与实际工程量有一定的偏差，但是布置方案的优劣趋势与实际工程一致。经计算统计及数据整理，结构经济指标如表 2 所示（括号中数据为柱网尺寸 8.1x7.8）。当采用柱网尺寸 5.1x7.8 时，无次梁的大板结构布置方案，无论在是考虑消防车荷载的工况还是不考虑消防车荷载的工况，均具有较明显的经济优势。另外，无次梁的大板结构相较于其他方案，梁高相对较小，可减小地下室层高 0.1m 以上，无次梁可节省模板，施工速度快等均能创造较好的经济效益。当采用柱网尺寸 8.1x7.8 时，单次梁的结构布置方案，在不考虑消防车荷载工况下，比双次梁结构布置方案、十字梁结构布置方案稍显经济优势；在考虑消防车荷载工况下，单次梁结构布置方案与十字梁结构布置方案基本相当1-3。总体而言，单次梁的结构布置方案稍显经济优势。对比柱网尺寸5.1x7.8和柱网尺寸8.1x7.8的YJK工程量统计数据，柱网 8.1x7.8 的钢筋含量在不同工况下高出 15%35%，混凝土含量高出约 10%，从结构经济性方面考虑，柱网尺寸 5.1x7.8 更优。综合停车效率和结构经济性两个方面的对比分析，柱网尺寸 5.1x7.8 为最优地库标准柱网布置方案。2 常见抗浮措施 2.1 抗浮设计水位的选取 抗浮设计水位一般根据地勘报告的建议选取，在市政道路排水通畅的情况下，抗浮设计水位可以取场地四周市政道路排水口标高；有高差的场地可以将抗浮设计水位取为地下车库出入口处标高或分段设置抗浮设计水位。2.2 常见抗浮措施-压、泄、抗 中国科技期刊数据库 工业 A-122-表 1 不同柱网尺寸停车效率对比 柱网方案 柱网尺寸（m）停车 24 辆所需面积（m2）柱网方案（一）5.1x7.8 419.64 柱网方案（二）5.1x5.4 435.78 柱网方案（三）8.1x7.8 418.08 柱网方案（四）8.1x5.4 434.16 表 2 结构经济指标 结构形式 不考虑消防车荷载 满布消防车荷载 钢筋含量（kg/m2）砼含量（m3/m2）钢筋含量（kg/m2）砼含量（m3/m2）大板结构 50.2（68.4）0.324（0.325）56.3（81.4）0.339（0.344）单次梁结构 50.3（58.9）0.343（0.355）58.3（77.4）0.370（0.377）双次梁结构 50.3（59.1）0.359（0.365）64.9（86.1）0.387（0.409）十字梁结构 53.5（61.1）0.362（0.363）69.4（73.7）0.405（0.392）表 3 地下车库负一层梁钢筋统计（局部面积为 2659 m2）梁钢筋类型 纵筋 箍筋 腰筋 吊筋 总计 单方指标（kg/m2）次梁截面 200 x600（kg）17212 5685 5731 264 28890 10.9 次梁截面 200 x550（kg）18666 5412 2100 264 26440 10.0 表 4 电梯基坑相关参数统计（一）基坑参数 方案一 方案二 比值（方案一/方案二）基坑周长（m）31.7 34.8 0.91 基坑最大深度（m）5.8 6.7 0.87 基坑体积（m3）254.4 355.1 0.72 表 5 电梯基坑相关参数统计（二）基坑参数 方案 A 方案 B 方案 C 基坑周长（m）32.0 48.7 34.8 基坑最大深度（m）6.7 6.7 6.7 基坑体积（m3）324.5 436.6 355.1 表 6 电梯基坑相关参数统计（三）基坑参数 按图集构造 构造优化后 比值（构造优化后/按图集构造）基坑周长（m）41.7 30.1 0.72 基坑最大深度（m）7.7 6.3 0.82 土方开挖量（m3）680.2 449.9 0.66 混凝土量（m3）628.7 398.4 0.63 当抵抗水浮力的抗力较水浮力稍小时，可以考虑采用增加结构配重的方法，视具体情况采用筏板基础+上柱墩或独立基础+防水板。当条件允许时，建议采用筏板基础与上柱墩底平或独立基础与防水板底平，不仅可以节省钢筋用量，还可以减少回填的方量，回填材料可以采用黏土（分层压实）、片石混凝土、毛石混凝土等。根据地勘报告中场地土层分布情况及地下水的特征，邀请泄水减压专业设计单位进行评估及设计，采用泄水减压专利技术可以有效减小抗浮设计水位，以满足抗浮验算的要求，也是目前地库抗浮行之有效的解决方案。设置抗拔桩（包括预制桩及灌注桩）、抗拔锚杆抵抗地下室水浮力。具体工程选用抗浮措施时，应该结合地勘报告的建议、基础选型进行经济性对比分析后综合确定2。根据 建筑工程抗浮技术标准 的要求，采用抗拔锚杆时，应采用预应力抗拔锚杆，目前市面上采购、施工均有一定困难，可实施性较低。当采用抗拔桩抗浮时，应根据地勘报告中土层的特性初选桩型，若预制桩、灌注桩均可采用时，应采用不同桩型、桩径试算，进行充分的计算论证，并综合考虑施工条件、工期、试桩、基坑支护等因素后确定。3 结构优化措施（1）地下室顶板消防车荷载区域楼板按塑性算法计算，并考虑支座钢筋调幅 10%，可有效减小板配筋；地下室顶板配筋较大，梁纵筋采用高强钢筋 HRB500 可提高结构经济性。（2）汽车坡道尽可能不紧邻外墙设置，可显著改善汽车坡道处侧墙截面及配筋；消防水池尽可能利用地下室外墙，减少钢筋混凝土侧墙的用量。（3）地下室外墙计算时适当考虑基坑支护结构的中国科技期刊数据库 工业 A-123-有利作用，根据全国民用建筑工程设计技术措施结构（地基与基础）的规定，静止土压力折减系数最大可取 2/3。塔楼侧墙考虑剪力墙支撑作用按双向板、压弯构件计算，优化侧墙配筋。（4）灌注桩桩身裂缝计算时取稳定水位，桩身纵筋按实际受力差异化配筋，并部分截断。（5）塔楼筏板厚度较大，大地库底板相对较薄，可采用加腋做法，不需要放坡至塔楼筏板底部。（6）地下室顶板框架梁一般配筋较大，梁下部纵筋可根据计算需要部分不伸入支座，可减少梁柱节点处钢筋数量，有利于混凝土浇筑质量，且可有效提高结构经济性。（7）地下一层的结构布置应合理选用不同的结构布置形式进行对比分析，应注意梁截面高度的选取，当梁腹板高度不小于 450mm 时需配置侧面纵筋，梁侧面纵筋不可忽略4-7。某工程地下车库负一层次梁不同结构布置方案，梁配筋统计如表 3 所示。由上表数据可知，当次梁截面高度由 550mm 增加至 600mm 时，虽然梁纵筋有所减少，但梁构造腰筋急剧增大，最终总含钢量反而增大了，结构方案比选时应予以重视。图 1 消防电梯集水井布置方案示意图（一）（8）合理选取电梯基坑集水井位置，减小电梯基坑及集水井处基坑周长和体积，优化基础开挖量及混凝土量。某超高层消防电梯集水井布置方案示意图如图 1 所示，数据统计如表 4 所示。方案一经济效果明显，消防电梯集水井应尽可能布置在塔楼筏板边界之外并紧贴塔楼筏板。（9）当电梯井布置在建筑内部或由于条件限制无法将集水井移出塔楼筏板时，集水井应尽可能贴近电梯基坑设置，以减小基坑支护长度、基坑深度及土方开挖量、混凝土用量，提高结构经济性。某超高层消防电梯集水井布置方案示意图如图 2 所示，数据统计如表 5 所示。图 2 消防电梯集水井布置方案示意图（二）（10）根据国家建筑标准设计图集 22G101-3 中基坑构造大样，电梯基坑或集水井侧壁一般较高，其厚度只需保证足够刚度即可，电梯基坑和集水井底板与普通筏板受力模式不同，可以根据计算采用变厚度，同时为最大限度减小基坑及集水井底板厚度，可在布桩时尽可能避让该区域，以达到优化基坑底板及侧壁厚度的目的，进而减小基坑支护长度、土方开挖量及混凝土用量，提高结构经济性8-10。以某超限高层地下室电梯基坑及集水井布置为例，基坑优化前后的数据统计如表 6 所示。基坑构造措施的优化，尤其对超高层的地下室，筏板厚度较大，电梯基坑及集水井较深，经济效益极为明显。3 结束语 随着经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，地下车库也成为了人们生活中不可缺少的一部分。地下车库的优化设计是一个系统工程，只有前后期共同发力，各专业协同配合，才能取得最大化的经济效益。本文主要从结构专业出发，结合算例及具体工程项目实测数据，对优化结构布置、提高结构经济性的措施提出具体的方案供探讨和学习。参考文献 1孙剑秋.住宅小区地下车库结构设计优化J.工业建筑,2023,53(03):232.2万泉.地下车库结构设计管控要点及优化策略J.低碳世界,2020,10(02):109-110.3陈诚.住宅和地下车库连片建筑的地下室结构设计运用J.门窗,2019,(19):128.4谈峰玲.地上砖混结构的地下车库结构设计J.绿色环保建材,2016,(12):23-24.5耿瑞彬.住宅小区地下车库的结构设计实例分析J.建筑设计管理,2015,32(10):77-80.中国科技期刊数据库 工业 A-124-6张亚南.石景山区某地下车库楼盖选型及结构设计常见问题分析J.建筑结构,2020,50(S2):129-134.7万泉.地下车库结构设计管控要点及优化策略J.低碳世界,2020,10(02):109-110.8谈峰玲.地上砖混结构的地下车库结构设计J.绿色环保建材,2016,(12):23-24.9杨铮,白云飞,周东兰.地下车库建筑结构设计J.城市建筑,2014,(06):73.10杨明.大型单建式地下车库结构设计中的若干问题J.江苏建筑,2010,(04):46-48+97.