高層建筑基底高于相近地下車庫基底的設計探討

鄧天山

（甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 有高差基礎設計

隨著大中型小區的普遍興建，因使用功能及布局的需要，在高層住宅樓相鄰側邊設有滿鋪場地的地下停車庫。在進行基礎設計時，按照結構設計的抗震要求，當高層建筑的基礎底標高低于相鄰地下車庫的基礎底標高時，才符合建筑的抗震設計要求。而現在大多數情況下卻達不到上述要求。由于地下車庫的設備內部管線、頂板上部場地景觀種植土及場地覆土厚度的需要，車庫基礎底標高往往低于主樓基礎底標高，相互關系如圖1所示。

圖1 高層建筑與地下車庫的關系

圖中“B”為高層基礎與車庫基礎的基礎外邊緣水平距離，“H”為高層基礎底標高與地下車庫基礎底標高的豎向高差。高層建筑基底應力的擴散角按照45°考慮，一般設計要求基礎間距B是基礎高差H的2倍，即B=2H。此時，主樓基礎是可以認為安全可靠的。但是往往在設計中主樓與車庫基礎水平間距“B”不滿足基礎基底豎向高差“H”的2倍，此時地下車庫外擋墻受力比較復雜。從圖中可以看出，在非地震作用下，地下車庫外擋土墻除受到土壓力外，還受到高層基礎對地下車庫外擋土墻的產生的壓力；在地震作用下，地下車庫外擋土墻還受到高層基礎基底傳來的地震附加壓應力[1]，故在此情況下高層建筑基礎是不穩定的，若不采取措施，則高層建筑基礎存在一定的安全隱患。高層建筑基礎落在一個不穩定的地下車庫外墻上，主樓地震力無法往下傳至可靠的地基上，對高層建筑抗震極為不利。

在設計中主樓與車庫基礎水平間距“B”不滿足基礎基底豎向高差“H”的2倍情況，經分析可知：此時地下車庫外擋土墻主要承受4個方面的力：（1）高層建筑基礎下地基土壓縮對地下車庫外擋土墻產生的壓力；（2）高層建筑底部剪力所產生的附加壓力；（3）高層建筑自重及下面高差部分土重對地下車庫外擋墻產生的靜止土壓力；（4）地震時高層建筑下面地基土產生的壓力增量附加到地下車庫外墻上[2]。若地下車庫外擋土墻按此受力情況計算，則計算出的斷面很厚，配筋較大，且墻的剛度難以保證，高層建筑任何微小的變形和支座的轉動都將使地震力轉嫁到車庫框架上，使其內力大為增加，從而增加其危險性，尤其在罕遇地震下就更加危險。

2 結構采取措施

上述情況下，地下車庫外擋土墻的設計對高層建筑的基礎穩定性有至關重要的作用，即使在罕遇地震作用下，也應該保證高層建筑基礎的安全。為保證高層建筑基礎的穩定，提出以下幾種解決方案：

（1）增大高層建筑基礎與地下車庫基礎的水平距離，增大后的水平距離宜為2倍的基底豎向高差，即B≥2H。此方案將會影響建筑場地的布局，浪費場地的土地使用面積，建設單位一般也難以接受，故不建議采用。

（2）降低地下車庫的層高或減小車庫頂板的覆土厚度。地下車庫頂板布局常見選型為無梁屋蓋和梁板式屋蓋，其中無梁屋蓋應用較少，梁板式屋蓋應用較多。由于地下車庫一般柱網較大，故梁高取為1/10～1/12柱距，再加上設備各種管線、風管的高度，車庫層高降低的余地并不會太大；而地上覆土要滿足設備室外管線在凍土以下的埋深，加上種植綠化的要求，覆土減薄幅度也不會太高。當主樓基礎底標高與車庫基礎底標高豎向相差不大時，且降低地下車庫的層高、減小車庫頂板的覆土厚度滿足建筑使用功能要求時可優先采用此方案。

（3）高層建筑基礎與車庫基礎相鄰處采用主樓基礎跌落的方式使主樓基礎與車庫基礎底面在同一個標高上或使其滿足B≥2H。這樣高層建筑基礎對車庫不會產生影響，亦可保證自身基礎的安全。但是基礎高差相差較大時，并不能完全解決主樓基礎穩定性的要求，如圖2所示。

圖2 主樓與車庫基礎示意

（4）主樓基礎降低標高與基礎跌落同時使用。當主樓基礎與車庫基礎高差較大時，且無法增加地下室層數時可采用此方案。為滿足高層建筑地下室地面標高的要求，由于基礎的降低則需在基礎頂面以上回填材料至建筑標高，再在其頂面設置厚度100 mm的鋼筋混凝土疊合層（內配直徑8@200雙向單層鋼筋網片），以減小地下室外墻的計算高度，如圖3所示。

圖3 主樓與車庫基礎示意

（5）增加高層建筑地下室層數。此方案一般用于主樓基礎與車庫基礎高差較大，且基本達到層高使用功能要求。但此方案需在方案初期與建筑專業及建設單位協商，若建筑專業及建設單位同意增加地下室層數，相應地下建筑面積也得到了增加。雖然此方案增加了造價，同時也增加了建筑使用面積，但可以認為是基礎高差較大時性價比較高的方案措施。

（6）在車庫內增加橫墻作為車庫外擋土墻的側向支撐[4]，可利用柱軸網的位置在緊鄰外擋土墻的第一跨間增加橫墻，如圖4所示。此時，橫墻與外擋土墻及車庫底板和頂板形成了穩定的箱體結構，使得外墻的穩定性有了很大的提高，且外擋土墻的承載力也可以按四邊支撐來計算。此方案優點比較明顯，建筑場地布局基本不變，受力也比較合理。但是此方案有一定的局限性，當車庫外擋土墻內側為車道時，則無法增加橫墻支撐，且在設置沉降后澆帶時對施工有一定的困難。

圖4 橫墻支撐示意圖

3 工程實例

甘肅省張掖市某項目住宅小區，10棟高層住宅樓，場地滿鋪地下停車庫，主樓地下室與車庫采用連通口連接。其中主樓地下1F，地上18F，室內外高差0.30 m，地下室層高3.90 m，基礎采用平板式筏形基礎，筏板厚度1.00 m，持力層為卵石層。由于左側相近地下車庫采用機械停車庫，故層高為5.10 m，車庫頂板覆土厚1.50 m，車庫外擋土墻采用鋼筋混凝土條形基礎，基礎厚0.60 m，持力層亦為卵石層。主樓基礎基底標高為-4.90m，車庫外擋土墻基礎基底標高為-7.20 m，兩者基底高差2.30 m，基礎外邊緣水平距離為1.40 m，故不滿足B≥2H的設計要求；且與主樓相近車庫一跨為汽車車道，無法布置橫墻支撐，如圖5所示。

圖5 高層建筑基礎與地下車庫基礎高差

在設計初期結構設計人員向建設單位提供了增加主樓地下室層高或增加一層地下室的方案。建設單位認為增加一層地下室成本太高，且該工程為住宅建筑，地下2層的利用率較低，故建設單位未采納增加地下室的建議。建設單位要求在不增加地下室層高的情況下，結構采取合理措施滿足建筑功能使用、結構安全要求。經過設計多方對比，地下室基礎整體下降1.90 m，則需回填1.90 m的素土，回填量較大。經建設單位同意，設計人員采用了上述第（4）種方案，主樓地下室基礎整體下降0.90 m且基礎局部跌落1.00 m，主樓室內跌落部分采用素土分層夯實回填，每層壓實系數不小于0.95，并在回填頂部增設鋼筋混凝土疊合層，厚度100 mm，內配直徑8@200雙向單層鋼筋網片，鋼筋錨入主樓外墻內，此時高層基礎與車庫基礎的基礎外邊緣線的豎向高差為0.70 m，滿足B=2H，主樓安全得到了保障，如圖6所示。

圖6 處理后高層建筑基礎與地下車庫基礎高差

4 結論

（1）地下車庫基礎低于相鄰高層建筑基礎時，在結構設計時應采取必要的措施保證基礎的安全性。尤其在高壓縮性土層上尤為重要，若場地為高壓縮性土層時，應對高層建筑地基土進行處理，以避免不均勻沉降造成高層建筑傾斜。

（2）基礎方案的選取應考慮到場地的可實施性、經濟性及建設單位需求，滿足建筑功能需要。若增加高層建筑地下室層數及增加地下室層高的方案需在方案初期就要征得建設單位及建筑專業的同意，避免方案的先天不足。

（3）高低基礎除采取相應的措施還應對建筑施工的順序做出要求，一般要求先施工基礎較低的地下車庫，待車庫側墻施工完畢且強度達到100%以上再進行周邊高層建筑基礎的施工。必要時還要采取支護等措施，確保高層建筑的基礎安全。