淺述高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤(pán)地下室的設(shè)計(jì)

徐椿萱

摘要：在眾多高層建筑中，有一種結(jié)構(gòu)形式被廣泛采納，即大底盤(pán)框支剪力墻結(jié)構(gòu)。這是為滿足建筑功能要求而采用的一種特殊的結(jié)構(gòu)形式。由于它從本質(zhì)上講有著不利于抗震的結(jié)構(gòu)上的因素，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)給予充分注意概念設(shè)計(jì)、合理分析和構(gòu)造上的加強(qiáng)。下面以一個(gè)工程實(shí)例談?wù)劚救说囊稽c(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：地下室；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高層建筑

隨著社會(huì)的發(fā)展，高層建筑越來(lái)越多，城市建設(shè)中出現(xiàn)了大量的地下室及地下車(chē)庫(kù)。將高層建筑的設(shè)備用房、地下消防水池和汽車(chē)停車(chē)位等設(shè)在地下室，既能充分發(fā)揮地下室作用，又能滿足基礎(chǔ)埋深的要求。

一、工程概況

某高檔小區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，包括五幢高層住宅（2層地下室+33層標(biāo)準(zhǔn)層+閣樓層帶機(jī)房層）和下部大底盤(pán)的2層（局部1層）地下車(chē)庫(kù)。地下室長(zhǎng)和寬為206.4m×131.4m，2層車(chē)庫(kù)板頂標(biāo)高-1.30m，覆土0.8m～1.0m；單層車(chē)庫(kù)板頂標(biāo)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(shè)要求，地下車(chē)庫(kù)頂板往往上部要求覆土很厚，最少0.8m～1.0m，個(gè)別建筑甚至達(dá)1.5m～3m。由于地下室頂板存在較厚的覆土，對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形有一定約束作用，但其約束效應(yīng)與回填土施工質(zhì)量存在很大的關(guān)聯(lián)性，通常在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，地下室基坑側(cè)壁及頂板的回填質(zhì)量是難以控制的。如果基坑范圍場(chǎng)地設(shè)計(jì)為綠化時(shí)，通常回填土比較松軟，下部回填土施工壓實(shí)不足，結(jié)構(gòu)的嵌固部位將下移。此時(shí)宜取車(chē)庫(kù)頂板作為有效約束，而不考慮覆土對(duì)主樓的約束或?qū)Υ思s束進(jìn)行折減。

為此，1）當(dāng)覆土厚度（h2）再加高層建筑主樓的室內(nèi)外高差（h1），能滿足主樓頂板標(biāo)高與車(chē)庫(kù)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(shí)，主樓的嵌固端應(yīng)取-1層頂板，其應(yīng)根據(jù)嵌固端的相應(yīng)要求采取構(gòu)造措施；

2）如不滿足以上要求時(shí)，則應(yīng)將嵌固端下移，并和-1層頂板作為嵌固端進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，主樓-2層頂板與地下2層車(chē)庫(kù)頂板標(biāo)高接近，此時(shí)嵌固端應(yīng)取-2層頂板（同理，通常認(rèn)為兩者的高差不應(yīng)大于主樓-2層層高的1/3），因此-2層應(yīng)滿足嵌固端的相應(yīng)構(gòu)造要求；

3）當(dāng)以上兩條件均不滿足時(shí)，嵌固端應(yīng)取在基礎(chǔ)頂面，并將-1層頂板作為嵌固端進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

在第1）種情況下，如果覆土部分設(shè)計(jì)為地面道路和廣場(chǎng)，回填土壓實(shí)會(huì)相對(duì)較好，且為剛性地面，所以地面回填土剛度較大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實(shí)際嵌固面上抬。此時(shí)，應(yīng)取實(shí)際室外地面為有效約束，即當(dāng)h1<1/3（h2+h3）時(shí)，主樓的嵌固端應(yīng)取-1層頂板。

在本工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，因-1層頂板不能滿足上述1）中條件，在計(jì)算模型輸入時(shí)將結(jié)構(gòu)的嵌固層定在-2層頂板，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)采取人為干預(yù)措施：調(diào)低地下室回填土的相對(duì)約束剛度（本小區(qū)地面綠化率較高），以減少回填土對(duì)水平側(cè)移的限制；同時(shí)加強(qiáng)層計(jì)算自地面起算，并向下延伸至地下1層，且應(yīng)使-2層樓層剪切剛度應(yīng)大于-1層樓層的剪切剛度。通過(guò)以上措施避免由于施工因素使結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下偏于不安全。整體計(jì)算時(shí)，為方便建模，可將各樓座與車(chē)庫(kù)分開(kāi)計(jì)算，每個(gè)樓座計(jì)算應(yīng)附帶與其相關(guān)范圍的車(chē)庫(kù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)在構(gòu)造上采取加強(qiáng)措施，車(chē)庫(kù)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(gè)方向的配筋率不小于0.25%，住宅與車(chē)庫(kù)相連的外圍墻配筋也考慮適當(dāng)加強(qiáng)。經(jīng)SATWE軟件計(jì)算，結(jié)果顯示地上1層X(jué)，Y方向的樓層側(cè)移剛度與地下1層相應(yīng)側(cè)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(cè)移剛度與地下1層樓層側(cè)移剛度相當(dāng)，滿足規(guī)范的要求。

三、基礎(chǔ)沉降差異的調(diào)整

根據(jù)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(jié)構(gòu)車(chē)庫(kù)。結(jié)構(gòu)荷載差別大， 持力層落于較好持力層上時(shí)， 天然地基承載力對(duì)于框架部分基本能夠滿足承載力要求，對(duì)于高層部分承載力則會(huì)明顯不足。如何解決主樓與裙房基礎(chǔ)之間的沉降差， 是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通常可采用下面三種方法來(lái)處理：1）主樓與裙房均采用沉降很小的樁基如嵌巖樁、長(zhǎng)摩擦樁等；2）主樓與裙房均采用有較大剛度的基礎(chǔ)如箱基、筏基等；3）主樓與裙房采用不同的基礎(chǔ)形式， 同時(shí)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(jiān)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(diǎn)是造價(jià)偏高。第2）種方案常用于裙房尺寸較小（指裙房的長(zhǎng)寬尺寸小于整個(gè)大底盤(pán)尺寸的15%）時(shí)的大底盤(pán)結(jié)構(gòu)， 通過(guò)用有很大剛度的箱形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)， 同時(shí)考慮主樓應(yīng)力擴(kuò)散來(lái)解決主樓、裙房之間的沉降差， 因此構(gòu)件尺寸通常很大， 造價(jià)高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中， 還應(yīng)注意考慮基礎(chǔ)的偏心問(wèn)題。第3）種方案是最為經(jīng)濟(jì)的方法。采用該方法的前提是基礎(chǔ)持力層及其下土層的壓縮模量小、附近有較多的沉降觀測(cè)資料及可靠的沉降計(jì)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(chǔ)形式， 如使主樓的基礎(chǔ)置于低壓縮性土上， 采用箱形基礎(chǔ)或筏形基礎(chǔ)， 增大基礎(chǔ)底面積， 保證基礎(chǔ)埋深， 減少地基土的附加應(yīng)力或采用樁基以減少主樓的沉降值；裙房的基礎(chǔ)則盡可能用足地基土的地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值以增大地基土的附加應(yīng)力， 基礎(chǔ)形式則盡可能采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、十字交叉梁基礎(chǔ)， 盡量不做滿堂基礎(chǔ)， 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(guò)程中， 則采用施工后澆帶作為臨時(shí)沉降縫， 主樓、裙房先后施工。待主樓結(jié)構(gòu)基本完成、沉降基本穩(wěn)定或達(dá)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(qū)的高層建筑沉降有較多資料， 沉降計(jì)算可靠時(shí)， 也可將主樓、裙房的標(biāo)高定為不同（其差值為兩者的計(jì)算沉降差）， 同時(shí)施工， 于裙房側(cè)設(shè)后澆帶， 待兩部分沉降穩(wěn)定后再連為一體（但此法要求較高的計(jì)算精度）。后澆帶具體做法為：在裙房一側(cè)留取800 mm～1000 mm寬的后澆帶， 帶內(nèi)鋼筋以不斷為宜。

四、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)的處理措施

本項(xiàng)目采取的處理措施有：1）結(jié)合沉降后澆帶設(shè)置溫度后澆帶和膨脹加強(qiáng)帶， 溫度后澆帶做法與沉降后澆帶一致，其后澆封閉時(shí)間可在本層結(jié)構(gòu)完工后2個(gè)月內(nèi)進(jìn)行；后澆膨脹加強(qiáng)帶寬度為2 m ， 附加溫度鋼筋，并在帶兩側(cè)布置5 mm 的密目鋼絲網(wǎng)， 將帶內(nèi)外的混凝土分開(kāi)， 防止帶外混凝土澆筑時(shí)余漿流入帶內(nèi)。2）基礎(chǔ)、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(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(yǎng)護(hù)時(shí)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(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作， 控制混凝土內(nèi)外的溫度差， 做好水冷降溫等工作。

五、結(jié)束語(yǔ)

伴隨著我國(guó)當(dāng)前建筑行業(yè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的建筑工程也投入建設(shè)之中，那么人們?cè)陉P(guān)注建筑的質(zhì)量的同時(shí)，也越來(lái)越關(guān)注各類建筑的設(shè)計(jì)。而地下室則作為建筑的整體重要設(shè)計(jì)和構(gòu)成部分，也必須要更加的予以重視。

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