毛黎明

(南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司，南京 210000)

1 工程概況

某地下車庫，地下室層高為3.6 m，頂板厚度300 mm，底板厚度350 mm，框架柱450 mm×550 mm，抗浮工程設(shè)計等級為甲級，地下車庫標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)及典型梁截面尺寸如圖1所示。

底板建筑面層為100 mm，頂板覆土厚度1.5 m。根據(jù)地勘報告提供的數(shù)據(jù)，抗浮水位取室外地面下0.5 m。

2 抗拔灌注樁設(shè)計

2.1 抗浮穩(wěn)定性計算

根據(jù)JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[1]，建筑工程抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式規(guī)定：

式中，Gk為建筑結(jié)構(gòu)自重、附加物自重、抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件抗力設(shè)計值總和；Nw，k為浮力設(shè)計值；Kw為抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)，對于抗浮設(shè)計等級為甲級的工程，使用期時取1.1。

本工程抗浮水頭高度為5.05 m，則水浮力值為Nw，k=9.8×5.05=49.49 kN/m2。結(jié)構(gòu)自重及頂板、底板附加物自重計算詳見表1。

表1 結(jié)構(gòu)及附加物自重

由表1可知，Gk=44.703 kN/m2＜1.1Nw，k=1.1×49.49=54.439 kN/m2，說明結(jié)構(gòu)抗浮不穩(wěn)定，需要采取相應(yīng)的抗浮措施，以保證結(jié)構(gòu)的安全。

2.2 抗拔樁受拉鋼筋計算

本項目采用直徑600 mm 的抗拔灌注樁作為抗浮措施，鋼筋采HRB400，一柱一樁。假定抗拔樁提供的總抗力值為Fk，即(Gk+Fk）≥1.1Nw，k，則有：

Fk≥1.1Nw，k-Gk=9.736 kN/m2

每個標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)下抗拔樁需要提供的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：

Nk=8.4×0.5×(4.8+6.6）×9.736=467 kN

計算抗拔灌注樁縱向受拉鋼筋時，作用效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下作用的基本組合，相應(yīng)的分項系數(shù)為1.35，則抗拔灌注樁需要配置的受拉鋼筋面積為As=1.35Nk×1 000/360，抗拔灌注樁頂部軸向拉力最大處樁身配筋為As=1.35×467×1 000/360=1 752mm2，實配鋼筋取12φ14 mm，As=1 846 mm2＞1 752 mm2，滿足強(qiáng)度計算要求。

2.3 抗拔樁裂縫計算

鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用階段是允許出現(xiàn)裂縫的，為避免或延緩鋼筋銹蝕影響耐久性，抗拔樁設(shè)計中，除滿足抗拔承載力外，還需驗算正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度。根據(jù)JGJ 476—2019《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)計算地下室結(jié)構(gòu)底板和抗浮結(jié)構(gòu)及構(gòu)件變形時，作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)作用的標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的分項系數(shù)為1.0，并應(yīng)符合下式規(guī)定：Sd≤C，Sd為作用組合的效應(yīng)，C 為結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求的規(guī)定限值。

根據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)程》[2]，本工程樁基所處環(huán)境類別為二a 類，對于位于穩(wěn)定水位以下的基樁，其最大裂縫寬度限值可按0.3 mm，最大裂縫寬度ωmax應(yīng)按式(2）計算：

式中，?cr為構(gòu)件受力特征系數(shù)，軸心受拉取2.7；ψ 為裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)；σs為按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力；cs為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉邊底邊的距離，取50mm；deq為受拉縱向鋼筋的等效直徑；ρte為按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率；Es為鋼筋彈性模量。

荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力σs=Nq/As，需特別注意的是，此處的軸向拉力Nq計算時不考慮抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)及抗浮重要性系數(shù)，則：

Nq=8.4×5.7×(Nw，k-Gk）=8.4×5.7×(49.49-44.703）=229 kN

此值僅為抗浮穩(wěn)定驗算所得的Nk=467 kN 的一半左右。故如設(shè)計時按Nk計算抗拔樁的樁身裂縫，將造成很大的材料浪費。當(dāng)樁身 配置鋼筋為12φ14 mm，As=1846 mm2時，按Nk=467 kN 計算的樁身裂縫寬度為0.418 mm，按Nq=229 kN計算的樁身裂縫寬度僅為0.071 mm。

綜上所述，抗拔樁裂縫計算結(jié)果不起控制作用，按抗拉強(qiáng)度計算的配筋滿足抗拔樁裂縫計算結(jié)果。

2.4 抗拔樁配筋長度

抗拔樁的樁頂荷載由樁周土側(cè)摩阻力承擔(dān)，側(cè)摩阻力以剪力形式傳遞給樁周土體，隨著上拔量的增加，樁周側(cè)摩阻力會因土層松動等原因而低于抗壓側(cè)摩阻力，故規(guī)范引入抗拔系數(shù)來考慮其影響。因此，抗拔樁的樁身軸力沿樁長方向是變化的，在樁頂位置樁身軸力最大，樁端處樁身軸力最小，如果樁身通長等截面都按最大抗拔力作用下滿足強(qiáng)度和裂縫要求的配筋量配置，則配筋偏于保守，會造成一定的浪費，因此，對于抗拔樁宜分段配筋，即在樁頂下某一深度上減少配筋量。

由于抗拔樁為摩擦樁，影響抗拔樁單樁抗拔承載力的主要因素是樁側(cè)土的性質(zhì)和土層分布。因此，理論上說樁每個截面處的配筋均可不同，考慮到施工的便利性，建議抗拔樁分兩段配筋，鋼筋截斷點取2L/3 位置(L 為樁長），下段樁身配筋減少為6φ14 mm，As=923.4 mm2，同時計算鋼筋截斷位置處的軸向拉力，并按此軸向力驗算鋼筋減半后樁身在該位置的裂縫寬度，計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

本工程樁基施工完畢后，隨機(jī)抽取了8 根樁進(jìn)行抗拔靜載試驗，試驗加載到最大加載值時，各受檢樁荷載-位移(Q-s）曲線上無明顯的陡降，均屬于緩變性曲線，受力鋼筋無斷裂的現(xiàn)象，樁身也未開裂。實踐證明，該工程樁的分段配筋是成功的，既保證了結(jié)構(gòu)的安全，又有效地節(jié)約了成本。

當(dāng)然對于嵌巖抗拔樁，如抗拔承載力基本是由嵌巖段的側(cè)摩阻力提供時，抗拔樁是否分段配筋要慎重，建議此時樁身通長等截面配筋。

3 下柱墩設(shè)計

對于地下車庫，目前常規(guī)采用平板式筏板基礎(chǔ)，單層地下室底板厚度為350～400 mm，一般無法滿足柱下沖切驗算要求，故可在柱下設(shè)置下柱墩，以滿足受沖切承載力驗算要求，下柱墩可按如下原則進(jìn)行設(shè)計。

3.1 下柱墩尺寸的確定

1）下柱墩厚度首先需滿足柱沖切驗算要求，同時需滿足柱縱筋在下柱墩內(nèi)的直錨段長度≥0.6LabE(LabE為抗震設(shè)計時受拉鋼筋基本錨固長度）且≥20d(d 為縱向鋼筋直徑）的要求，且厚度不應(yīng)小于500 mm。

2）下柱墩的平面尺寸一般取柱距的1/3，當(dāng)兩個方向柱網(wǎng)跨度差異較大時(如差異超過10%），應(yīng)分別取對應(yīng)方向的柱網(wǎng)尺寸的1/3 來確定柱墩尺寸。

3.2 下柱墩配筋的構(gòu)造

1）對于非人防地庫，筏板的板底鋼筋錨入下柱墩內(nèi)即可，無須在下柱墩內(nèi)拉通，且由于板底鋼筋在其錨固長度范圍內(nèi)周邊保護(hù)層厚度一般均大于5d(d 為縱向鋼筋直徑），根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(2015年版）[3]，錨固長度的修正系數(shù)可取0.7，故其錨入下柱墩內(nèi)的長度可取0.7Lab(Lab為受拉鋼筋基本錨固長度）。

2）由于下柱墩頂部受壓，頂部鋼筋無須滿足最小配筋率的要求，將筏板的板面鋼筋在柱墩內(nèi)貫通即可。

3）目前，單層地下室底板厚度一般為350 mm，底板配筋計算時，往往跨度較大的網(wǎng)格內(nèi)計算配筋較大，此時需特別注意，板底附加筋需在柱墩范圍內(nèi)斷開，僅在兩個柱墩之間的范圍設(shè)置板底附加筋。

4 地下室外墻設(shè)計

對于地下車庫而言，由于外墻范圍很大，合理優(yōu)化其計算假定和配筋構(gòu)造，可有效地減少結(jié)構(gòu)成本，對于地下室外墻建議按如下原則進(jìn)行設(shè)計。

4.1 地下室外墻的計算假定

對地下室擋土墻，可采用單向板計算，不考慮地庫柱作為其支承點。同時宜按墻底端固結(jié)，上端彈性支座(考慮地下室頂板的約束）計算。

對于層高為3.6 m 的地下室外墻，采用上端彈性計算假定時，外墻外側(cè)的豎向鋼筋配筋量可減少10%～15%左右。

4.2 地下室外墻的荷載取值

根據(jù)全國民用建筑工程技術(shù)措施，計算地下室外墻時，其室外地面荷載取值不宜低于10 kN/m2。但文獻(xiàn)[4]認(rèn)為室外地面活荷載常被取得過高，并指出計算地下室外墻時，一般民用建筑的室外地面活荷載可取5 kN/m2，包括可能停放消防車的室外地面。

4.3 地下室外墻的保護(hù)層厚度

南方地區(qū)的地下室外墻環(huán)境類別一般為二a 類，根據(jù)GB 50108—2008《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》[5]的規(guī)定，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度不應(yīng)小于50 mm，而GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(2015年版)第8.2.2 條指出：當(dāng)對地下室墻體采取可靠的建筑防水做法或防護(hù)措施時，與土層接觸一側(cè)鋼筋的保護(hù)層厚度可適當(dāng)減少，但不應(yīng)小于25 mm。

根據(jù)GB/T 50476—2019《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[5]3.5.4 條：對裂縫寬度無特殊外觀要求的，當(dāng)保護(hù)層設(shè)計厚度超過30 mm 時，可將厚度取為30 mm 計算裂縫最大寬度。

綜上所述，由于地下室外墻建筑均有相應(yīng)的防水等級及做法(如采用防水砂漿、卷材防水、防水涂料以及金屬板防水等），故結(jié)構(gòu)設(shè)計中地下室外墻強(qiáng)度計算時，其迎土面保護(hù)層厚度可適當(dāng)減少，建議取40 mm，同時應(yīng)區(qū)分裂縫計算時最大保護(hù)層厚度30 mm，從而可有效減少地下室外墻的配筋。

4.4 地下室外墻的配筋構(gòu)造

1）外墻外側(cè)豎向鋼筋采用通長鋼筋+ 附加鋼筋的配筋方式，其中附加鋼筋的長度為1/3 地庫層高，通長筋在滿足最小配筋率的前提下盡可能采用小直徑鋼筋。

2）地下室外墻一般簡化為單向板計算，故其水平筋均為構(gòu)造配筋，滿足0.2%的配筋率即可，無須放大。

3）地下室擋土外墻頂部不需設(shè)置暗梁，底部也不需要設(shè)暗梁和附加鋼筋。

5 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了影響地下車庫經(jīng)濟(jì)性的幾個關(guān)鍵點，對其細(xì)部設(shè)計有針對性地提出了優(yōu)化措施，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，有效地節(jié)約了成本，可供同類工程設(shè)計參考。