地下车库结构设计及计算实例

w 地下车库结构设计及计算实例 摘要 本文通过上海某楼盘地下车库的结构设计计算实例 参考了国内相应的规范和规程 并 比较与分析了不同的车库顶板以及基础设计方案 关键词 地下室外墙 无梁楼盖 梁板式楼盖 筏板 抗冲切 抗剪 抗浮 地基承载力 本工程为上海某楼盘独立地下车库 地下一层 上部设绿化覆土带 车库顶板采用无梁楼 盖加柱帽结构 基础采用独立柱基加抗水板的做法 以下为该地下车库的设计计算分析过程 一 抗浮验算 由于本工程为一层独立地下室 因此该地下车库需要进行局部抗浮计算 取单个混凝土柱 子进行验算 水浮力 Fw whA 其中 取 10KN m 2 h 为地下室底板标高至地下水位标高之间的距离 A 为单根柱子所属 底板面积 抗浮力 G G1 G2 G3 G4 A F1 F2 F3 其中 G1 为顶板上覆土重荷载 包括地下水自重 G2 为顶板自重荷载 G3 为底板自重荷载 G4 为底板上素砼面层荷载 F1 为柱自重 F2 为顶板柱帽重 F3 为底板柱帽重 如有底板外挑压 土自重应考虑进行 分别根据上海市工程建设规范 地基基础设计规范 1 DGJ08 11 2010 以下简称 规范 12 3 2 条以及 高层建筑筏形与箱形基础技术规范 2 JGJ6 2011 的 5 5 4 条规定 满足 1 05F G 即无须设置抗拔桩 取 1 05 为综合考虑有关规范规定所选取的经验值 二 地基承载力验算 以基底持力土层的抗剪强度指标计算地基承载力 考虑深度修正 并以此计算值作为本次 设计的地基承载力设计值 根据 规范 5 2 3 1 求得 fd 1 2 Nr r b Nq q 0 d Nc c Cd 上部荷载作用下地基净反力为 N A wdh 应小于 fd N 为基本组合 则地基承载力 满足要求 三 地下室外墙计算 地下室外墙计算简图见下图 取外墙单位长度为计算单元 0 0 max A 首先应求出土压应力 P1 P2 P 1 K0 P0 h1 sat h2 wh2 P2 P1 wh3 sat h3 其中静止土压力系数 K 1 sin P 为地面荷载 一般取 10KN m 2 为无地下水土体 重度 sat 为土体饱和重度 w 为水重度 P1 P2 为设计值 根据 建筑结构静力计算手册 3 关于单跨梁的 内力计算内容算得最大正弯矩 M M 以及最大负弯矩 4 max 然后根据 混凝土结构计算手册 查得 AS 接下来应验算外墙裂缝宽度 取正负弯矩中较 大值进行验算 根据 混凝土结构设计规范 5 GB50010 2010 以下简称 砼规范 7 1 4 3 求得 M q sq 0 87h A 其中 M q 为最大弯矩的准 0 s 永久值 应用 砼规范 7 1 2 4 得 As te te 应用 砼规范 7 1 2 2 求裂缝间纵向受拉钢 筋应变不均匀系数 应用 砼规范 7 1 2 1 求最大裂缝宽度 1 1 0 65 ftk te s max o s cr Es 1 9cs 0 08 deq te 按最不利考虑 当 z 0 87h0 时 z 为纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离 且不 大于 0 87h0 x 0 26h0 则受弯构件表面处的最大裂缝宽度为 s max h x h0 x max 该值应小于 0 2mm 四 车库顶板结构选型及计算 车库顶板结构形式目前主要有传统的梁板式结构和无梁楼盖结构等 梁板式结构的优点是 施工工艺较为成熟 现代地下车库空间较大 柱距也较大 采用一般梁板式结构时 由于梁截 面高度大 机电管道需要在梁下通行 从而加大了对层高的要求 而无梁楼盖是一种双向受力 0w 1 0 2 楼盖 在楼盖中不设梁 楼板与柱构成板柱结构体系 具有整体性好 建筑空间大的特点 近 年来发展较为迅速 目前根据很多已建项目可知 同样的项目梁板式结构与无梁楼盖结构形式在混凝土用量上 几乎接近 而在钢筋用量上无梁楼盖结构明显较梁板式结构节省 因此该项目车库顶板选用厚板加柱帽的结构形式 下面主要介绍该顶板的结构验算 1 顶板配筋计算 地下水位高于地下室顶板 通常顶板配筋须经有限元分析软件进行计算而得 这里仅介绍简单的手算复核方法 顶板面荷载 P P0 P 土 P 水 P0 土 h1 w h2 其中 P 为地面荷载 一般取 10KN m 2 取 10KN m 2 h 为地下室顶板至地面标高之间的距离 h2 值 满足设计计算条件有 为地下室顶板至地下水位标高的距离 该荷载为设计 1 每个方向至少有 3 个连续跨 2 任一区格内的长边与短边之比不大于 2 3 同一方向上的相邻跨度的中至中跨长的变化不超过较长跨内的 1 3 4 活荷载与静荷载之比 3 若满足以上条件 则 1 x 方向总弯矩设计值 M0 8 Ply lx C 2 y 方向总弯矩设计值 M0 38 Plx ly 2 C 2 3 其中 lx ly 为两个方向的柱距 P 为顶板面荷载 C 为柱帽的计算弯矩方向的有效宽度 lx 1 柱上板带和跨中板带弯矩分配值 表中系数乘 M 当 lx lyly 1 5 时 可近似采用 表 1 截面位置柱上跨中板带 边支座截面负弯矩0 480 05 跨中正弯矩0 220 18 端 跨 第一个内支座截面负弯0 500 17 1 2 支座截面负弯矩0 500 17内 跨 跨中正弯矩0 180 15 求得 M0 后 可根据 x h0 1 1 2M 求出相对受压区高度 然后根据 A f bh2 s 1 fcbx 求得 f 1 c 0y M 每米跨配筋面积 也可根据近似公式 As 0 9h0 f y 求得 然后按计算墙体相关公式计算裂缝 注意板面控制裂缝宽度为 0 2mm 板底为 0 3mm 2 顶板抗冲切承载力验算 Fl N F 其中 Fl 为集中反力设计值 N N1 N2 N1 为柱距范围内上部传至顶板的荷载设 A 计值 N2 为柱本身自重 F PS P 为上部板面荷载设计值 S L1 2 或 2L H 2 2 2 应用 砼规范 6 5 1 1 得 Fl 0 7 h ft umh0 当该式不满足 则应用 砼规范 6 5 3 1 得 Fl 1 2 ft umh0 并且满足该式 然后根据要求 如配置箍筋 弯起钢筋 时 则应满足 砼规范 6 5 3 2 Fl 0 5 ft umh0 0 8 f yv Asvu 0 8 f y Asbu sin 从而求得箍筋或弯起钢筋 五 车库底板结构选型及计算 该地下车库采用独立柱基抗水板时 可 以降低地下室层高 减少基础埋深 墙高 外墙防水面积 土方及护坡 降水及抗浮费 用 以及减少了因基础反梁需回填的材料和工序 与传统采用梁板式筏基的综合比较表明 有 明显的经济效益 1 底板配筋计算 地下水位高于地下室底板 采用独立基础加防水板的做法时 柱下独立基础承受上部结构的全部荷载 防水板仅按防 水要求设置 柱下独立基础的沉降受很多因素的影响 很难准确计算 因而其沉降引起的地基 土对防水板的附加反力也很难准确计算 所以现提供一种比较实用的近似算法 当防水板承受的向上反力可按上部建筑自重的 10 加水浮力计算 即 Nw1 ww 1 1 2 防水板面荷载 P PN P 水 PN 水 h1 其中 P 为上部建筑自重的 10 除以防水板面积 由 D L 读取 取 10KN m 2 h 为地 下室底板至地下水标高之间的距离 该荷载为设计值 然后参照顶板配筋的计算方法进行计 算 2 独立基础配筋计算 地下室采用独立基础加防水板的做法时 柱下独立基础的设计计算方法无地下室的多层框 架结构相类似 独基配筋应按上部结构整体计算后输出的底层柱底组合内力的设计值中的最不 利组合进行设计计算 同时为减少柱基础沉降对防水板的不利影响 在防水板下宜设一定厚度 的易压缩材料 如聚苯板或松散焦渣等 而这时的独基除承受上部结构荷载及柱基自重外 还 应考虑防水板自重 板面建筑装修荷载 板面使用荷载等 这里就不再展开赘述了 3 底板抗冲切承载力验算 Fl N PA F w 其 中 Fl 为集 中反力 设计值 N N1 N2 N1 为柱距范围内上 部传至顶板的荷载设计值 N2 为柱本身 自重 P 为基础底面基底反力设计值 F 1 2 h A 取 10KN m 2 h 为 地 下 水 位 到 底 板 底 的 距 离 A L1 A 2 2 或 2L2 H2 应用 砼规范 6 5