淺述高層建筑結構大底盤地下室的設計

徐椿萱

摘要：在眾多高層建筑中，有一種結構形式被廣泛采納，即大底盤框支剪力墻結構。這是為滿足建筑功能要求而采用的一種特殊的結構形式。由于它從本質上講有著不利于抗震的結構上的因素，因此，在結構設計中應給予充分注意概念設計、合理分析和構造上的加強。下面以一個工程實例談談本人的一點體會。

關鍵詞：地下室；結構設計；高層建筑

隨著社會的發展，高層建筑越來越多，城市建設中出現了大量的地下室及地下車庫。將高層建筑的設備用房、地下消防水池和汽車停車位等設在地下室，既能充分發揮地下室作用，又能滿足基礎埋深的要求。

一、工程概況

某高檔小區抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.15g，設計地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類，包括五幢高層住宅（2層地下室+33層標準層+閣樓層帶機房層）和下部大底盤的2層（局部1層）地下車庫。地下室長和寬為206.4m×131.4m，2層車庫板頂標高-1.30m，覆土0.8m～1.0m；單層車庫板頂標高-2.50m，覆土2.10m厚。

二、嵌固端位置的確定

由于地面綠化及市政管線的敷設要求，地下車庫頂板往往上部要求覆土很厚，最少0.8m～1.0m，個別建筑甚至達1.5m～3m。由于地下室頂板存在較厚的覆土，對結構側向變形有一定約束作用，但其約束效應與回填土施工質量存在很大的關聯性，通常在現場施工過程中，地下室基坑側壁及頂板的回填質量是難以控制的。如果基坑范圍場地設計為綠化時，通常回填土比較松軟，下部回填土施工壓實不足，結構的嵌固部位將下移。此時宜取車庫頂板作為有效約束，而不考慮覆土對主樓的約束或對此約束進行折減。

為此，1）當覆土厚度（h2）再加高層建筑主樓的室內外高差（h1），能滿足主樓頂板標高與車庫頂板的高差（h1+h2）之和小于地下1層層高（h）的1/3基本嵌固要求時，主樓的嵌固端應取-1層頂板，其應根據嵌固端的相應要求采取構造措施；

2）如不滿足以上要求時，則應將嵌固端下移，并和-1層頂板作為嵌固端進行包絡設計，主樓-2層頂板與地下2層車庫頂板標高接近，此時嵌固端應取-2層頂板（同理，通常認為兩者的高差不應大于主樓-2層層高的1/3），因此-2層應滿足嵌固端的相應構造要求；

3）當以上兩條件均不滿足時，嵌固端應取在基礎頂面，并將-1層頂板作為嵌固端進行包絡設計。

在第1）種情況下，如果覆土部分設計為地面道路和廣場，回填土壓實會相對較好，且為剛性地面，所以地面回填土剛度較大，會導致結構實際嵌固面上抬。此時，應取實際室外地面為有效約束，即當h1<1/3（h2+h3）時，主樓的嵌固端應取-1層頂板。

在本工程的設計過程中，因-1層頂板不能滿足上述1）中條件，在計算模型輸入時將結構的嵌固層定在-2層頂板，結構設計人員在設計過程中對設計參數采取人為干預措施：調低地下室回填土的相對約束剛度（本小區地面綠化率較高），以減少回填土對水平側移的限制；同時加強層計算自地面起算，并向下延伸至地下1層，且應使-2層樓層剪切剛度應大于-1層樓層的剪切剛度。通過以上措施避免由于施工因素使結構在水平荷載作用下偏于不安全。整體計算時，為方便建模，可將各樓座與車庫分開計算，每個樓座計算應附帶與其相關范圍的車庫結構。同時在構造上采取加強措施，車庫頂板、住宅首層樓板板厚均為180mm，采用雙層雙向配筋，每層每個方向的配筋率不小于0.25%，住宅與車庫相連的外圍墻配筋也考慮適當加強。經SATWE軟件計算，結果顯示地上1層X，Y方向的樓層側移剛度與地下1層相應側移剛度的比值為RatX=0.30，RatY=0.32，均小于0.5，而地下2層的樓層側移剛度與地下1層樓層側移剛度相當，滿足規范的要求。

三、基礎沉降差異的調整

根據地下室分段情況， 基本形成每段中心為高層落地剪力墻，周圈為框架結構車庫。結構荷載差別大， 持力層落于較好持力層上時， 天然地基承載力對于框架部分基本能夠滿足承載力要求，對于高層部分承載力則會明顯不足。如何解決主樓與裙房基礎之間的沉降差， 是基礎設計的關鍵。通常可采用下面三種方法來處理：1）主樓與裙房均采用沉降很小的樁基如嵌巖樁、長摩擦樁等；2）主樓與裙房均采用有較大剛度的基礎如箱基、筏基等；3）主樓與裙房采用不同的基礎形式， 同時采取必要的措施減少其沉降差。在條件具備的情況下（如有堅硬的基巖且埋深較淺等）， 采用樁基方案的較多， 而且較成功。缺點是造價偏高。第2）種方案常用于裙房尺寸較小（指裙房的長寬尺寸小于整個大底盤尺寸的15%）時的大底盤結構， 通過用有很大剛度的箱形基礎、筏形基礎， 同時考慮主樓應力擴散來解決主樓、裙房之間的沉降差， 因此構件尺寸通常很大， 造價高。在結構設計中， 還應注意考慮基礎的偏心問題。第3）種方案是最為經濟的方法。采用該方法的前提是基礎持力層及其下土層的壓縮模量小、附近有較多的沉降觀測資料及可靠的沉降計算。常采取下面措施：將主樓與裙房分別置于不同的土層上或采用不同的基礎形式， 如使主樓的基礎置于低壓縮性土上， 采用箱形基礎或筏形基礎， 增大基礎底面積， 保證基礎埋深， 減少地基土的附加應力或采用樁基以減少主樓的沉降值；裙房的基礎則盡可能用足地基土的地基承載力標準值以增大地基土的附加應力， 基礎形式則盡可能采用柱下獨立基礎、條形基礎、十字交叉梁基礎， 盡量不做滿堂基礎， 以增加裙房的沉降值。最終使主樓、裙房沉降值接近。在房屋施工過程中， 則采用施工后澆帶作為臨時沉降縫， 主樓、裙房先后施工。待主樓結構基本完成、沉降基本穩定或達到一定值后， 再施工裙房， 并把兩者連為一體， 使其后期沉降差小到容許值。如果該地區的高層建筑沉降有較多資料， 沉降計算可靠時， 也可將主樓、裙房的標高定為不同（其差值為兩者的計算沉降差）， 同時施工， 于裙房側設后澆帶， 待兩部分沉降穩定后再連為一體（但此法要求較高的計算精度）。后澆帶具體做法為：在裙房一側留取800 mm～1000 mm寬的后澆帶， 帶內鋼筋以不斷為宜。

四、結構超長的處理措施

本項目采取的處理措施有：1）結合沉降后澆帶設置溫度后澆帶和膨脹加強帶， 溫度后澆帶做法與沉降后澆帶一致，其后澆封閉時間可在本層結構完工后2個月內進行；后澆膨脹加強帶寬度為2 m ， 附加溫度鋼筋，并在帶兩側布置5 mm 的密目鋼絲網， 將帶內外的混凝土分開， 防止帶外混凝土澆筑時余漿流入帶內。2）基礎、外墻及頂板混凝土采用低堿礦渣硅酸鹽水泥， 并采用粉煤灰混凝土（設計強度等級的齡期60d）， 加大碎石骨料用量， 降低水灰比，有效降低混凝土養護時的水化熱；3）梁、板、外墻中均摻加抗裂纖維， 摻量為每立方混凝土0 .9 kg ；另外， 一定要加強混凝土的養護工作， 控制混凝土內外的溫度差， 做好水冷降溫等工作。

五、結束語

伴隨著我國當前建筑行業的快速發展，越來越多的建筑工程也投入建設之中，那么人們在關注建筑的質量的同時，也越來越關注各類建筑的設計。而地下室則作為建筑的整體重要設計和構成部分，也必須要更加的予以重視。

參考文獻：

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