帶裙房高層建筑的基礎(chǔ)選擇分析

孔 鵬

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

帶裙房高層建筑的基礎(chǔ)選擇分析

孔 鵬

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

探討了現(xiàn)代高層建筑中主樓與地下車(chē)庫(kù)或者其裙房之間的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要考慮的若干問(wèn)題，例如有無(wú)必要設(shè)置變形縫(沉降縫、伸縮縫)、抗震縫；不設(shè)變形縫時(shí)基礎(chǔ)的沉降差值如何解決；結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)因溫度應(yīng)力引起的開(kāi)裂是否需要設(shè)置伸縮縫等問(wèn)題，并通過(guò)幾種方案分析討論了遇到類似情況時(shí)解決各種問(wèn)題的措施，以供參考。

沉降差異，沉降縫，伸縮縫，后澆帶，裂縫，抗震縫

1 概述

近些年來(lái)在一些綜合樓、大型酒店商場(chǎng)、高層住宅、辦公大廈中，因建筑外立面效果、使用功能、甲方要求等等各方面的要求,不少工程在高層主體的相鄰一側(cè)或多側(cè)設(shè)有層數(shù)不高的裙房或者地下車(chē)庫(kù)，用作商鋪、物業(yè)、飯店等公共性用房，還有些高層主體旁邊不設(shè)置裙房,僅有地下停車(chē)庫(kù)與主樓地下室連接，以及地下車(chē)庫(kù)的長(zhǎng)度普遍超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大設(shè)置距離。這些工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的主要問(wèn)題有：高層主樓與裙房或地下車(chē)庫(kù)有無(wú)必要設(shè)置沉降縫，設(shè)置沉降縫時(shí)設(shè)備管線如何設(shè)置和施工，建筑的防水怎樣處理，雙墻雙柱是否引起工程造價(jià)的提高，不經(jīng)濟(jì)；若不設(shè)縫時(shí)，基礎(chǔ)的沉降差異如何解決；超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)如何減少溫度應(yīng)力引起的開(kāi)裂等問(wèn)題。

2 處理高層主樓與裙房或地下車(chē)庫(kù)基礎(chǔ)沉降差

2.1 主體與裙房斷開(kāi)在相鄰處設(shè)置沉降縫

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》3.4.2條中要求，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對(duì)抗震性能及經(jīng)濟(jì)合理性的影響，宜優(yōu)先選用規(guī)則的形體，其抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則對(duì)稱、側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，避免側(cè)向剛度和承載力突變。不規(guī)則建筑可設(shè)置變形縫或抗震縫將建筑分成若干個(gè)規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.3.1條中要求，在滿足使用和其他要求的前提下，建筑體型應(yīng)力求簡(jiǎn)單，當(dāng)建筑的體型比較復(fù)雜時(shí)，宜根據(jù)其高度差異、荷載差異、地基土的壓縮性明顯區(qū)別、建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型不同、平面形狀不規(guī)則和分期建造等情況，在適當(dāng)?shù)牟课挥贸两悼p將其劃分成幾個(gè)剛度較好的單元。按上述規(guī)范要求，許多高低建筑之間需要設(shè)置變形縫。

以前，我國(guó)的房屋建筑設(shè)計(jì)中遵循有關(guān)規(guī)范規(guī)定，對(duì)一些高層建筑主體與裙房或地下車(chē)庫(kù)之間設(shè)置了沉降縫并留有足夠的縫寬。設(shè)計(jì)中根據(jù)可能產(chǎn)生的不均勻沉降對(duì)各建筑物組成部分的標(biāo)高采用了一些措施：

1)室內(nèi)地坪和地下設(shè)施的標(biāo)高根據(jù)預(yù)估量給予提高，各部分有聯(lián)系時(shí)將沉降量較大的部分標(biāo)高提高希望后期沉降后找平。

2)建筑物與設(shè)備之間留設(shè)凈空高度。此類建筑在施工階段進(jìn)行沉降觀測(cè)地基變形曲線未出現(xiàn)突變、基本保持連續(xù)，表明了該做法的可行性。應(yīng)注意高層建筑的基礎(chǔ)和與其相連的裙房的基礎(chǔ)設(shè)置沉降縫時(shí)，需考慮高層主體基礎(chǔ)有可靠的側(cè)向約束及有效埋深。

2.2 主體與裙房連接為一體相鄰處不設(shè)置沉降縫

如果高層主體與裙房之間設(shè)置沉降縫，因沉降縫需留設(shè)一定的寬度，這樣造成某些要求較高的建筑外立面效果的破壞，帶來(lái)室內(nèi)外裝修處理的不少困難，還可能對(duì)電氣管線、采暖通風(fēng)管道等設(shè)置帶來(lái)不便，甚至建筑的防水難以保證工程質(zhì)量，以及雙墻雙柱又額外提高了工程造價(jià)等等。因此，現(xiàn)在較多采用把地下部分連接成整體，不再設(shè)置沉降縫，地上建筑根據(jù)具體情況考慮是否設(shè)置沉降縫。

高層主體與裙房或地下車(chē)庫(kù)的基礎(chǔ)連接成整體時(shí)，該連接部位為建筑薄弱部位，在長(zhǎng)期重力荷載作用下基礎(chǔ)相互間的差異沉降和應(yīng)力集中是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的非常重要的問(wèn)題，不僅關(guān)系到工程造價(jià)，而且關(guān)系到建筑物的正常使用及結(jié)構(gòu)的安全性能。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》12.1.9中就明確規(guī)定，當(dāng)高層建筑的基礎(chǔ)和與其相連的裙房基礎(chǔ)不設(shè)沉降縫時(shí)，應(yīng)采取有效的措施以減少差異沉降及其影響。《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》7.4.1條中：為減少建筑物的不均勻沉降可調(diào)整建筑各部分的基礎(chǔ)寬度、類型及埋置深度。設(shè)計(jì)中主樓與裙房應(yīng)協(xié)調(diào)處理，保證將沉降差異控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，且采取一定措施使沉降差異不出現(xiàn)或少出現(xiàn)裂縫。常用處理方式有以下幾種做法：

1)高層主體選用輕型結(jié)構(gòu)，減輕墻體自重，采用架空地板代替室內(nèi)填土。

2)對(duì)沉降要求嚴(yán)格時(shí)可選用補(bǔ)償式基礎(chǔ)以減少主體附加壓力，比如主樓采用箱形基礎(chǔ)或樁箱基礎(chǔ)，裙房或地下車(chē)庫(kù)選用條形基礎(chǔ)或柱下獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板的形式。

3)提高主樓范圍地基承載力，減小主樓沉降量，如主樓采用樁基或復(fù)合地基，裙房采用天然地基。或者將主樓的基礎(chǔ)埋深設(shè)置在承載力較高的土層，裙房基礎(chǔ)設(shè)置在承載力較低的土層，或者將兩者持力層同時(shí)設(shè)置在剛度極大的土層上。

4)在地基承載力接近的情況下，主樓和裙房采用不同的基礎(chǔ)形式，調(diào)整各自的基底反力，如主樓采用筏板，裙房采用條基等；主樓與裙房或地下車(chē)庫(kù)可能同時(shí)采用樁基，按地基變形或承載力確定各自的樁長(zhǎng)、樁距和樁徑，以達(dá)到調(diào)節(jié)沉降差異的目標(biāo)。

5)當(dāng)裙房范圍較小，且建筑持力層在卵石層這類剛度及承載力極高的土層時(shí)，主樓和裙房的沉降都很小，可整體設(shè)計(jì)一剛度很大的基礎(chǔ)，整體調(diào)節(jié)其沉降，但應(yīng)增加連接處的剛度。

6)在主樓與裙房之間設(shè)后澆帶，待主樓結(jié)構(gòu)沉降穩(wěn)定或施工完畢后再澆混凝土。后澆帶設(shè)置在裙房一側(cè)，位置選擇在基礎(chǔ)梁板內(nèi)力較小位置(如規(guī)范中建議的隔一跨設(shè)置)，寬度可以取800 mm～1 000 mm，施工后澆帶時(shí)采用高一強(qiáng)度的無(wú)收縮混凝土進(jìn)行澆灌。其主要功能有兩方面：a.施工期間消除相互基礎(chǔ)間的不均勻沉降；b.施工期間釋放混凝土硬化過(guò)程中的收縮應(yīng)力，起施工縫的作用。

上述這些處理方式中，基本的原理和目標(biāo)是一致的，都是減小主樓沉降，加大裙房的沉降，最終縮小兩者的沉降差。這類處理方式上部結(jié)構(gòu)均應(yīng)在主樓與裙房連接處設(shè)置后澆帶，且連接構(gòu)件可采用適應(yīng)一定沉降差的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。另外裙房在與主樓連接的一跨梁線剛度應(yīng)盡量小，關(guān)鍵在于在保證防水要求的前提下盡可能提高連接處的柔性，使之有足夠的變形能力又不使薄弱部位發(fā)生轉(zhuǎn)移，且可承受后期可能產(chǎn)生的沉降差。

實(shí)際工程應(yīng)用，位于北京的金地花園主樓采用復(fù)合地基加筏板基礎(chǔ)，地下車(chē)庫(kù)采用天然地基加柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，經(jīng)常年實(shí)測(cè)并考慮后期沉降計(jì)算能滿足設(shè)計(jì)要求；位于山西太原的汾酒大廈，設(shè)計(jì)塔樓與地下車(chē)庫(kù)連接為一整體，為了減少沉降差就綜合考慮了上述分析中的一些方法，計(jì)算雖有不均勻沉降，但是沉降曲線連續(xù)且平緩。不設(shè)置沉降縫的方法在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)中較為多見(jiàn)。

需明確不同情況具體考慮，但遇到天然地基土的壓縮性不大，裙房或地下車(chē)庫(kù)的基底附加壓力很小甚至是負(fù)數(shù)的情況下基礎(chǔ)的沉降仍需考慮不可忽略。

3 長(zhǎng)度較大的建筑物

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，地下結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為30 m。地下室結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度經(jīng)常會(huì)碰到超過(guò)規(guī)范要求的情況，設(shè)計(jì)中首要考慮的問(wèn)題是控制基礎(chǔ)及外墻的開(kāi)裂。開(kāi)裂不可避免但應(yīng)滿足功能使用及規(guī)范的要求，以往的工程表明，結(jié)構(gòu)開(kāi)裂與許多的因素有關(guān)，是否設(shè)置變形縫并不是判斷出現(xiàn)裂縫的唯一標(biāo)準(zhǔn)，按要求留設(shè)變形縫不一定不裂，不設(shè)變形縫也不一定就開(kāi)裂。為控制裂縫的產(chǎn)生可采取下面的一些措施：

1)混凝土中添加膨脹劑，利用膨脹劑的補(bǔ)償收縮功能減少裂縫的產(chǎn)生；2)設(shè)置后澆帶，減小混凝土的收縮應(yīng)力；3)在滿足防水和承載力的前提條件下，降低混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，控制材料配比，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)；4)厚度較大的基礎(chǔ)，混凝土可采用分層澆筑等等措施。

4 體型復(fù)雜建筑物抗震縫的設(shè)置

體型復(fù)雜、平立面不規(guī)則的建筑物，應(yīng)根據(jù)地基基礎(chǔ)條件、不規(guī)則程度和技術(shù)等因素比較分析來(lái)確定是否需要設(shè)置防震縫。當(dāng)在適當(dāng)部位設(shè)置防震縫，可形成多個(gè)較規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元，抗震計(jì)算模型簡(jiǎn)單，受力分析明確，容易估計(jì)其地震作用和采取抗震措施。當(dāng)不設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)采用符合實(shí)際的計(jì)算模型，分析判斷其變形集中、應(yīng)力集中，而且需仔細(xì)估計(jì)地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等導(dǎo)致的不利影響，采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。體型復(fù)雜的建筑并不一概提倡設(shè)置抗震縫，雖然歷來(lái)有不同的觀點(diǎn)，但總體傾向是：可設(shè)縫、可不設(shè)縫時(shí)，不設(shè)縫。

綜上所述，高層主體與裙房基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)協(xié)調(diào)考慮，把握基本的設(shè)計(jì)原則，采用現(xiàn)場(chǎng)可靠的地質(zhì)資料與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)建筑物差異沉降的準(zhǔn)確判斷，合理的計(jì)算模型分析，是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵。總之這是一個(gè)綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，應(yīng)周密加以考慮，并精心施工與觀測(cè)。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 李國(guó)勝，李軍軍.高層主樓與裙房或地下車(chē)庫(kù)之間的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[A].第十八屆全國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)議論文[C].2004.

Analysis on foundation selection of high-rise building with podium

Kong Peng

(ShanxiArchitecturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

This paper discussed the some issues to consider of the foundation design of main building and underground garage or between the podium in modern high-rise building, for example any necessary setting deformation joint (settlement joint and expansion joint), seismic joint, how to solve the foundation settlement difference when not setting deformation joint, any necessary expansion joint and other problems caused by super-long structure temperature stress, and through several schemes analyzed and discussed the measures of all kinds of problems of similar situations, for reference.

settlement difference, settlement joint, expansion joint, post-pouring belt, crack, seismic joint

2015-08-20

孔 鵬(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0081-03

TU473

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