地庫設(shè)計-基礎(chǔ)

叮叮小文庫第二課：地下車庫的主體設(shè)計 之 基礎(chǔ)篇 第二課：地下車庫的主體設(shè)計 之 基礎(chǔ)篇 一 地下車庫的類型和組成部分我們經(jīng)常碰到的地下車庫有獨立地下車庫和附著在地面建筑下與上部建筑合建的附建式地下車庫；我們可以把地下車庫它看成是一個放在水和土里的盒子，社會上有一種說法很形象，就像是一艘船，因為水對地下車庫的影響最大，如果這艘在水中的船有一定的吃水深度，并且不漏水，那么這艘船就比較安全；我們希望利用場地的地下空間來為人們服務(wù)，但地下室是比較潮濕的，而且光線很差，所以最適合的是停放自行車或汽車，早期上海有些多層建筑還會做半地下室，對于半地下室，規(guī)劃規(guī)定了可以伸出地面的高度，露出地面的這一小段幾乎開滿了窗，這樣就解決了自然通風(fēng)問題，光線也有所改善。為了滿足車庫的使用要求，除去需要做一個頂板、底板、外墻圍起來的防水盒子之外，還需要設(shè)置用于收集洗車油污的隔油池及收納洗車水的集水井，在地下室建筑面層里做排水溝將水排入集水井，還需要設(shè)置人們?nèi)≤嚦鋈氲臉翘?、與主樓連接的連通口、汽車出入的坡道或者自行車出入的坡道；對于要求稍高的車庫，還會設(shè)置采光井、設(shè)備吊裝口、機械式車庫垂直運輸口；如果涉及到人防工程，還需要用混凝土墻設(shè)置一些密閉通道、臨空墻。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計，基礎(chǔ)（含底板）、頂板、外墻、坡道、樓梯、連通口是設(shè)計、計算、繪圖的主要內(nèi)容，我們的課程主要圍繞這些方面來講。二 荷載計算我們在設(shè)計車庫前，先要把整個車庫的荷載情況搞清楚，車庫頂板上的荷載包括覆土、板自重、吊頂和使用功能上要求的各種活荷載。日常設(shè)計中容易犯錯的荷載是覆土，容易遺忘的荷載是消防車和施工道路荷載。1 覆土、消防車、施工道路地下車庫的覆土往往與總圖是有關(guān)的，在結(jié)構(gòu)進入設(shè)計時，建筑專業(yè)會給你一個覆土的厚度，因為建筑專業(yè)與總圖屬于一個大專業(yè)，所以他們有責任口述給你這個值，為了保險起見，設(shè)計時必須自己將總圖再看一遍，在看總圖時記錄下市政道路標高、小區(qū)道路標高、覆土或綠化標高、并將消防車道及消防登高面做成圖塊粘貼到結(jié)構(gòu)平面圖上，另外向甲方了解未來景觀設(shè)計可能的局部堆土高度，確認景觀問題后整理進聯(lián)系函，以為因景觀修改而引起圖紙修改費用時提供依據(jù)；對于市區(qū)項目以及一些建設(shè)場地小的項目，初步判斷施工車輛及材料堆放的可行性，在有疑問時，讓甲方組織總包來確認頂板是否需要考慮額外的施工荷載，確認后整理進聯(lián)系函，交給專業(yè)負責人，并由項目負責人審核后傳真至甲方。2 水位問題對于每一個地下室來說，都存在高水位、低水位，首先將地質(zhì)報告看一遍，找到所有與水位有關(guān)系的條文，將它們記錄下來，例如上海工程，枯水期的月份及水位變化范圍、豐水期的月份及水位變化范圍，實測野外工作是在幾月份，查看是否有根據(jù)上海常規(guī)，高水位距室外地面0.5m，高低水位差1m的敘述內(nèi)容。如果缺少可以用于確定高、低水位標高的內(nèi)容，應(yīng)向勘探單位提出要求。對于上海工程、填土區(qū)，根據(jù)地質(zhì)報告，根據(jù)水位為室外地面以下0.5m的說法，我們認為在遠離市政道路，小區(qū)中間部分，水位會隨填土高度的增加有所上升，高水位可以取小區(qū)內(nèi)道路標高以下0.5m；對于車庫位于小區(qū)邊，臨近市政道路處，高水位可取市政道路標高以下0.5m。整個小區(qū)根據(jù)這個原則高水位是個變化值，我們可以在車庫沉降縫的兩側(cè)分別取不同的高水位，或者根據(jù)變化線取平均值，這樣可以節(jié)約一些。計算低水位時，低水位可以根據(jù)地質(zhì)報告提出的高低水位差1m來取高水位減1m，這樣的取法有很多車庫的實際工程經(jīng)驗，比較節(jié)約豎向樁，但對于上部有建筑物的地下室，低水位另外應(yīng)滿足枯水期最低水位及孔點以下1.5m，這是最不利低水位。水位的取法，及最終標高內(nèi)容應(yīng)放入設(shè)計評審表，由校對、審核、主任工程師及總師參加定案。3車庫簡圖的繪制方法及荷載計算書舉例下圖反映了一個車庫的標高情況，在計算書中，這個圖例是必要的，本圖主要反映了建筑層與結(jié)構(gòu)層的尺寸關(guān)系、地面以上建筑物與地下室的關(guān)系、地下室層高、高水位、低水位、覆土厚度、樁頂標高、梁大小、底板厚度，可以使建筑專業(yè)、設(shè)備專業(yè)及校對、審核人員方便的了解本工程。恒荷載獨立車庫部分：覆土：600mm （填土） 18x0.60 kN/m2頂板：180mm 25*0.18 kN/m2粉刷： 0.50 kN/m2附建式部分：面層：50mm 25x0.05 kN/m2頂板：180mm 25*0.18 kN/m2粉刷： 0.50 kN/m2活荷載餐飲： 4.0 kN/m2 （根據(jù)規(guī)范及甲方需要）消防車：后詳述頂板上的室外部分： 4.0 kN/m2 （根據(jù)規(guī)范及甲方需要）3 消防車等效荷載的計算消防車的標準輪壓及不同深度處的壓力標準值的計算全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施P102建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50008-2001（2006年版） 表4.1.1項次8中消防車引起的樓面等效均布活荷載標準值，適用于消防車輪壓直接作用于樓板頂面（樓面建筑做法采用一般做法），且只考慮一個最大輪壓標準值為60Kn，作用在0.6x0.2m的局部面積上，布置在樓板跨中的最不利位置處情況。因此當樓板跨度較大及板頂面有覆土?xí)r，在設(shè)計中應(yīng)考慮多臺消防車輪壓在覆土層中的擴散影響。 對地下室樓板頂面有覆土層，且可能有多臺消防車作用于覆土層地面時，樓板設(shè)計宜符合下列規(guī)定：1） 地面上多臺消防車最不利停放布置按消防車橫向最小輪間距為1.3m考慮（此距離為消防人員操作最小通道尺寸），將最大輪壓布置于板跨度中央，據(jù)此確定多臺消防車輪壓的影響。2） 通常消防車由汽車底盤改裝而成，因此可采用圖F.2-2中城-B級汽車的技術(shù)數(shù)據(jù)進行設(shè)計。插圖中，上圖反映了車輪間距、車輪大小、極限行車道路寬度、最小消防車行車間距；因消防車實際大小與載重種類很多，我們目前設(shè)計考慮的為30t消防車，上圖消防車實際大小參照全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 結(jié)構(gòu)P15，中30t車輛大小定位2.5mx（7.48m）。3） 輪壓標準值局部荷載在覆土層中的擴散影響可按下列公式計算以上2個公式分母為計算多個輪壓組合后的作用面積，分子為輪子的標準內(nèi)力，共6個輪，前2個分別每個30Kn，后4個，每個60Kn，輪壓按35度角向周圍土中擴散。總圖中4m的消防車道可走1輛消防車，7m的消防車道、消防車回轉(zhuǎn)處、消防等高面等寬度較大處應(yīng)考慮2輛消防車可同時行進或?？?。舉例，1m覆土，主梁跨度8.4x8.4m，總圖消防車道4m（僅能走一臺消防車），下圖虛線為擴散后在地下室頂板上荷載的分布面積：覆土厚度根據(jù)表 F.2 u=1.0（消防車輪壓動力系數(shù)）覆土厚（m）0.250.300.400.500.600.70動力系數(shù)u1.301.251.201.151.051.00前輪qVk=30/（1.65*1.65）=11.01 Kn/m2后輪 qVk=4x60/（2.85x3.80）=22.10 Kn/m2注意此數(shù)值與表F2.2結(jié)果稍有區(qū)別，表中數(shù)值為2臺消防車計算結(jié)果；當多于2臺消防車組合計算同上算法，不可查表。這時我們完成了動力荷載向靜力荷載的轉(zhuǎn)換。等效活荷載根據(jù)荷載規(guī)范附錄B樓面等效均布活荷載的確定方法，樓面（板、次梁及主梁）的等效均布活荷載，應(yīng)在其設(shè)計控制部位上，根據(jù)需要按內(nèi)力（如彎矩、剪力等）、變形及裂縫的等值要求來確定。在一般情況下，可僅按內(nèi)力的等值來確定；連續(xù)梁、板的等效均布活荷載，可按單跨簡支計算。根據(jù)上述原則，在等效消防車荷載時，實際需要考慮3種情況，板的等效荷載、次梁的等效荷載及主梁的等效荷載，將消防車在區(qū)格中移動可以找到各個情況的最不利情況。應(yīng)該說將動力荷載模擬成相對準確的等效靜力荷載的工作量還不如直接做動力分析，但PKPM并沒有提供這樣的計算功能，規(guī)范也允許我們進行等效，所以需要有一個在規(guī)范允許范圍內(nèi)能夠接受的等效方法，我們?yōu)榱四軌蚝喕O(shè)計，把這個等效問題分解為局部等效計算與整體等效計算。例如，對于井字梁或一橫二縱梁，毋庸置疑，如果將消防車的4個后輪放置在次梁的小區(qū)格內(nèi)，對于這個區(qū)格的荷載將是最大的，但由于消防車在規(guī)定的車道寬度內(nèi)可以靠左或靠右行駛，實際進入了次梁的不同區(qū)格，如果將能走到的小區(qū)格都輸入這個最大值荷載，顯然是不合適的，就像后輪被考慮了6到9次，所以對于這個情況不屬于整體模型荷載模擬的范疇。我們只要進行手工局部復(fù)核，復(fù)核不利分布情況下，當有一臺車停在這格內(nèi)次梁的配筋及板的配筋，最終讓消防車道上的梁和板都滿足這個配筋。整體等效計算更能夠反映消防車的荷載對于主體結(jié)構(gòu)，即主梁、大分區(qū)格的次梁、基礎(chǔ)。計算方法是將一個大的區(qū)格看作研究對象，四周的支撐條件為簡支，計算出一個均布荷載作用下的彎矩等于消防車荷載作用下的彎矩，以下舉例說明：1m覆土，主梁跨度8.4x8.4m，總圖消防車道7m（能同時走兩臺消防車），計算消防車行進道路上的等效活荷載，見下圖。把輪子的荷載中心放在雙向板的中心，讓跨中彎矩最大；注：本圖反映的是在消防道路行徑方向，消防車頭尾相連前行的情況，如果在消防車回轉(zhuǎn)場地、消防等高面處，有尾尾相連停靠的可能，因此在這種場地應(yīng)另行按照以下計算方法進行計算。經(jīng)過1m覆土的35度擴散，得到下圖陰影部分：Q1=60x8/(2.85*6.9)=24.4 kn/m2Q2=30x4/(1.65x6.55)=11.1 kn/m2使用PKPM - 特種結(jié)構(gòu) - GJ - 板結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 - 異型板分別計算2個荷載作用下的3個控制點，即荷載1的中心，板中心，荷載2的中心，得控制點1控制點2控制點3荷載148.237.46.5荷載224.112.750.241.519.2最不利彎矩組合是50.2使用PKPM - 特種結(jié)構(gòu) - GJ - 板結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 - 矩形板當板面荷載輸為16.1 kn/m2時，所得彎矩M=50.3 kn*m，結(jié)果如下圖，與上述計算值50.2相當，因此16.1為等效均布活荷載，。三地下車庫基礎(chǔ)的選型基礎(chǔ)形式應(yīng)根據(jù)上部荷載及地質(zhì)條件來確定，可以分為常規(guī)樁基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)，在地下水位比較高的地塊，采用樁基礎(chǔ)具有優(yōu)勢，因為對于樁基礎(chǔ)，在高水位時可以作為抗拔樁，在低水位時可以作為豎向承壓樁；而采用后兩種基礎(chǔ)對于水位較高并且變化較大的地塊，為了滿足抗浮要求需要增加自重，導(dǎo)致混凝土用量增加，在低水位時，這些增加的重量又成了地基的負擔，并且在地基反作用力下導(dǎo)致基礎(chǔ)底板受力增大，因此上海地區(qū)一般車庫工程均采用常規(guī)樁基礎(chǔ)，早期常用預(yù)制混凝土方樁，現(xiàn)階段常用PHC樁，通常施工最簡單的做法是設(shè)置樁承臺，在計算防水底板時，樁承臺可兼作柱帽，從而減小防水板的厚度。全國有些地區(qū)的工程，尤其是海拔較高的地區(qū)，水位并不像上海地區(qū)有明顯的枯水期和豐水期，水位比較低，加之車庫底板底持力層地基承載力相當大，此時可以選擇采用獨立基礎(chǔ)，把防水底板作到250厚左右，也是一種比較經(jīng)濟的做法。四 抗浮計算我們可以用PKPM來準確計算出每個柱子下需要多少根抗拔樁才能滿足抗浮要求。恒荷載： 車庫重量（覆土、頂板、底板、底板面層）*1.0 - 高水位水頭*10*1.05活荷載： 0上述公式中，原常取0.9，2006版荷載規(guī)范P134頁指出在傾覆、滑移或漂浮等有關(guān)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的驗算中，永久荷載效應(yīng)一般對結(jié)構(gòu)是有利的，荷載分項系數(shù)一般應(yīng)取小于1.0；上述公式中，原常取1.2，2009版全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施P106，F(xiàn).4.5中指出當建筑物的結(jié)構(gòu)抗浮驗算無明確規(guī)定時，按F.4-1公式計算，其中抗浮安全系數(shù)，不應(yīng)小于1.0，一般取1.051.10。把上述計算得到的結(jié)果填入PKPM頂板層中，使用PMCAD-平面荷載顯示及導(dǎo)荷，分項系數(shù)均取1.0，最終柱底力如果為負值，說明需要另加抗拔樁，并且以此數(shù)據(jù)來計算抗拔樁的根數(shù)，以下是某個工程抗浮計算的結(jié)果：五 PHC樁計算（1）樁承載力計算0.000相當于絕對標高: 6.350 米，樁頂絕對標高: 1.050 米 樁型: 敞口 PHC A400 80 ， 樁長:19 米 根據(jù)地質(zhì)報告 10-10 剖面, C9孔 點計算，孔口絕對標高:4.44 米 土層序號土層名稱層底絕對標高(m)樁入土厚度(m)fs(kPa)fp(kPa)1雜填土3002灰黃色粉質(zhì)粘土1.9003灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土0.440.61154夾灰色砂質(zhì)粉土-0.561155灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土-2.061.5206灰色淤泥質(zhì)粘土-11.369.3257暗綠色粘土-15.464.160150081草黃色砂質(zhì)粉土-202.49704000高水位絕對標高:3.250 米樁型：PHC A400 80 1單樁豎向承載力設(shè)計值計算Up=*d=3.14*400/1000=1.256 mfsi*li=0*0+0*0+15*0.61+15*1+20*1.5+25*9.3+60*4.1+70*2.49=706.95 kN/mRsk=Upfsi*li=1.256*706.95=887.93 kNhb=2.49 mhb/d=2.49/400*1000=6.23hb/d5,p=0.80d1=d-2*t=400-2*80=240 mmAj=/4*(d2-d12)=3.14/4*(4002-2402)=.0804 m2Apl=3.14/4*d1Apl=3.14/4*2402/1000000=.0452 m2Rpk=fp*(Aj+p*Apl)=4000*(.0804+.8*.0452)=466.24 kNp=Rpk/(Rpk+Rsk)=466.24/(466.24+887.93)=.34 分項系數(shù)表 s,pp.05.1.15.2.25.3.35.4.45p1.021.051.081.121.181.241.31.411.5s1.641.71.751.791.821.831.81.761.69p=1.29 , s=1.81 Rd=Rsk/s+Rpk/p=887.93/1.81+466.24/1.29=852 kN單樁豎向承載力設(shè)計為 852 kN 2單樁豎向抗拔承載力設(shè)計值計算.地基土提供的豎向抗拔承載力Up=*d=3.14*400/1000=1.256 mi*fsi*li=.6*0*0+.6*0*0+.6*15*0.61+.6*15*1+.6*20*1.5+.6*25*9.3+.6*60*4.1+.6*70*2.49=424.17 kN/mUp/sfsi*li=1.256/1.6*424.17=332.97 kN水位：3.250-(1.050-19)=21.2 m樁底水頭=21.2 mGp=(25*L-10*1.2*樁底水頭)*Aj=(25*19-10*1.2*21.2)*.0804=17.74 kNRd=Up/sfsi*li+Gp=332.97+17.74=351 kN 根據(jù)混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力計算管樁樁身最大抗拔承載力Nl=pc*A=3.44*3.14*(4002-(400-2*80)2)/4/1000=277 kN 接樁采用焊接時對接焊縫最大抗拔承載力Nl=3.14*(D2-Df2)*ftw/4=3.14*(400-2)2-3762)*185/4/1000=2,473 kN 單樁豎向抗拔承載力設(shè)計為 277 kN*提示：一般抗拔承載力由、項計算控制填芯混凝土深度計算：Rd*D2*L1*ft D2-管樁內(nèi)徑；-粘結(jié)系數(shù)，取0.3；ft-C30時取1.43計算求得L1800；對于鑿樁，使管樁端板對預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固受破壞，在鑿樁段預(yù)應(yīng)力未充分傳遞，故建議L1應(yīng)不小于預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固長度，并依據(jù)先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程（DB33/1016-2004）有關(guān)規(guī)定取L1=3000mm。L1Rd/D2/ft277*1000/0.3/3.14/（400-80*2）/1.43856 mm錨筋計算錨筋鋼筋面積 AsRd/fy根據(jù)前述的荷載導(dǎo)荷圖及單樁抗拔承載力，我們可以計算出抗拔樁的數(shù)量。六 常見樁承臺+防水底板的基礎(chǔ)設(shè)計上海地區(qū)目前車庫基礎(chǔ)流行的做法是采用帶樁承臺的常規(guī)樁基礎(chǔ)配合防水底板，這種做法中大面積的平板使施工比較簡單，另外樁承臺兼作柱帽，減小了板的跨度，板厚與配筋相應(yīng)減小，使工程費用也相對經(jīng)濟，受到了建設(shè)單位的普遍認同。今天我們將重點介紹使用新版JCCAD軟件來解決樁承臺加放水板的做法。1 常規(guī)樁基礎(chǔ)的帶承臺基礎(chǔ)設(shè)計方法首先，在JCCAD使用時，必須把標高問題搞清楚，08版的PKPM增加了很多填入標高的項，使SATWE、孔點輸入、基礎(chǔ)計算在同一個明確的標高系統(tǒng)中，比之前的版本更合理。.PMCAD中的標高樓層組裝中，輸入地下室層時，不可選自動計算底標高，應(yīng)手工填入基礎(chǔ)頂?shù)南鄬烁哌@樣輸入的底標高與圖紙的相對標高一致，也比較清楚。設(shè)計參數(shù)中，與基礎(chǔ)相連構(gòu)件的最大底標高，輸入底板頂?shù)臉烁?JCCAD中的標高孔點輸入中的標高此處結(jié)構(gòu)物0.000對應(yīng)的地質(zhì)資料標高是整個JCCAD唯一個填寫絕對標高的地方，其實對于軟件計算本身來說，沒有必要去明確這個關(guān)系，這一項完全是為了孔點輸入之后會自動形成層底標高而設(shè)的，見下圖，也就是計算書的美觀問題；很多設(shè)計者正是因為這里填寫了絕對標高，使后面的一些標高系統(tǒng)變得難以理解，建議使用最簡單的方法，把此處0.000對應(yīng)的地質(zhì)資料標高填為0.00，此時孔口標高也填寫0.00，那么第一層填土的厚度為原地質(zhì)報告中孔口到層底距離另加孔口到一層樓面的距離，這樣的輸入是填土頂標高等于室內(nèi)地坪標高，與上海常用的啟明星軟件一致，也是合理的輸入方式。之后在JCCAD里所有的標高可以都輸入相對標高，不會產(chǎn)生矛盾。這是基礎(chǔ)人機交互中參數(shù)輸入處需要填寫的室外自然地坪標高，可以真實的填入相對標高以下我們來看一個具體的工程實例一個局部地下室的工程，大底盤車庫上有2棟號樓，中間和邊緣部分為場地通道，在PMCAD、SATWE計算完畢后進入JCCAD菜單。地質(zhì)資料輸入我們先輸入一個標準孔點，見下圖表中的參數(shù)均來自于地質(zhì)報告，其中要注意的是，由于孔口標高設(shè)為0.00，第一層土即填土的頂標高應(yīng)為室內(nèi)地坪；另外表中18層土壓縮模量未修改，因為對于常規(guī)樁基礎(chǔ)，壓縮模量用于計算樁沉降，只有樁底以下才需要輸入壓縮模量。確定后布置孔點，然后選單點編輯，進入下圖可以通過此處修改孔口X、Y坐標來使孔點滿足地質(zhì)報告的位置關(guān)系；往復(fù)修改標注孔點、輸入孔點、單點編輯，我們可以將地質(zhì)標高的孔點匯成由于計算的電子地質(zhì)資料，見下圖：保存退出?；A(chǔ)人機交互選擇地質(zhì)資料，將地質(zhì)資料根據(jù)總圖關(guān)系對位建筑物；點取參數(shù)輸入，選擇基本參數(shù)第一頁：地基承載力計算參數(shù)土的參數(shù)均為地下室底板底所在土層的地質(zhì)參數(shù)，基底以上土的加權(quán)平均重度為地水位時的計算結(jié)果；埋置深度為室外地坪到底板底；單位面積覆土重為20x室內(nèi)地面至底板頂面距離；第二頁：基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)室外自然地坪標高為圖紙中的相對標高；第三頁：其它參數(shù)地下水距天然地坪深度輸入低水位時的情況荷載輸入，選取SATWE計算結(jié)果，如下圖選擇承臺樁 定義樁準備工作：查看SATWE的D+L每根柱下的N值，考慮標準柱下合適的布樁為盡量6樁以下，再結(jié)合樁承載力估算樁長，例如本工程地上4層，個人認為56樁承臺是可以接受的。在這個前提下，我們初定為PHC AB500 100 1414，單樁豎向承載力設(shè)計值為1750。根據(jù)高水位的水浮力，估算底板柱帽大小，柱帽大小計算我們下節(jié)課重點講，這是承臺的最小尺寸和厚度。PHC樁選擇預(yù)制砼管樁，單樁承載力輸入設(shè)計值輸入用于自動形成承臺的參數(shù)，樁間距3.5d，樁邊距1d，為了兼做柱帽，承臺階數(shù)為1階，承臺高度暫定為1000mm；選擇自動