浅述高层建筑结构大底盘地下室的设计

徐椿萱

摘要：在众多高层建筑中，有一种结构形式被广泛采纳，即大底盘框支剪力墙结构。这是为满足建筑功能要求而采用的一种特殊的结构形式。由于它从本质上讲有着不利于抗震的结构上的因素，因此，在结构设计中应给予充分注意概念设计、合理分析和构造上的加强。下面以一个工程实例谈谈本人的一点体会。

关键词：地下室；结构设计；高层建筑

随着社会的发展，高层建筑越来越多，城市建设中出现了大量的地下室及地下车库。将高层建筑的设备用房、地下消防水池和汽车停车位等设在地下室，既能充分发挥地下室作用，又能满足基础埋深的要求。

一、工程概况

某高档小区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，包括五幢高层住宅（2层地下室+33层标准层+阁楼层带机房层）和下部大底盘的2层（局部1层）地下车库。地下室长和宽为206.4m×131.4m，2层车库板顶标高-1.30m，覆土0.8m～1.0m；单层车库板顶标高-2.50m，覆土2.10m厚。

二、嵌固端位置的确定

由于地面绿化及市政管线的敷设要求，地下车库顶板往往上部要求覆土很厚，最少0.8m～1.0m，个别建筑甚至达1.5m～3m。由于地下室顶板存在较厚的覆土，对结构侧向变形有一定约束作用，但其约束效应与回填土施工质量存在很大的关联性，通常在现场施工过程中，地下室基坑侧壁及顶板的回填质量是难以控制的。如果基坑范围场地设计为绿化时，通常回填土比较松软，下部回填土施工压实不足，结构的嵌固部位将下移。此时宜取车库顶板作为有效约束，而不考虑覆土对主楼的约束或对此约束进行折减。

为此，1）当覆土厚度（h2）再加高层建筑主楼的室内外高差（h1），能满足主楼顶板标高与车库顶板的高差（h1+h2）之和小于地下1层层高（h）的1/3基本嵌固要求时，主楼的嵌固端应取-1层顶板，其应根据嵌固端的相应要求采取构造措施；

2）如不满足以上要求时，则应将嵌固端下移，并和-1层顶板作为嵌固端进行包络设计，主楼-2层顶板与地下2层车库顶板标高接近，此时嵌固端应取-2层顶板（同理，通常认为两者的高差不应大于主楼-2层层高的1/3），因此-2层应满足嵌固端的相应构造要求；

3）当以上两条件均不满足时，嵌固端应取在基础顶面，并将-1层顶板作为嵌固端进行包络设计。

在第1）种情况下，如果覆土部分设计为地面道路和广场，回填土压实会相对较好，且为刚性地面，所以地面回填土刚度较大，会导致结构实际嵌固面上抬。此时，应取实际室外地面为有效约束，即当h1<1/3（h2+h3）时，主楼的嵌固端应取-1层顶板。

在本工程的设计过程中，因-1层顶板不能满足上述1）中条件，在计算模型输入时将结构的嵌固层定在-2层顶板，结构设计人员在设计过程中对设计参数采取人为干预措施：调低地下室回填土的相对约束刚度（本小区地面绿化率较高），以减少回填土对水平侧移的限制；同时加强层计算自地面起算，并向下延伸至地下1层，且应使-2层楼层剪切刚度应大于-1层楼层的剪切刚度。通过以上措施避免由于施工因素使结构在水平荷载作用下偏于不安全。整体计算时，为方便建模，可将各楼座与车库分开计算，每个楼座计算应附带与其相关范围的车库结构。同时在构造上采取加强措施，车库顶板、住宅首层楼板板厚均为180mm，采用双层双向配筋，每层每个方向的配筋率不小于0.25%，住宅与车库相连的外围墙配筋也考虑适当加强。经SATWE软件计算，结果显示地上1层X，Y方向的楼层侧移刚度与地下1层相应侧移刚度的比值为RatX=0.30，RatY=0.32，均小于0.5，而地下2层的楼层侧移刚度与地下1层楼层侧移刚度相当，满足规范的要求。

三、基础沉降差异的调整

根据地下室分段情况， 基本形成每段中心为高层落地剪力墙，周圈为框架结构车库。结构荷载差别大， 持力层落于较好持力层上时， 天然地基承载力对于框架部分基本能够满足承载力要求，对于高层部分承载力则会明显不足。如何解决主楼与裙房基础之间的沉降差， 是基础设计的关键。通常可采用下面三种方法来处理：1）主楼与裙房均采用沉降很小的桩基如嵌岩桩、长摩擦桩等；2）主楼与裙房均采用有较大刚度的基础如箱基、筏基等；3）主楼与裙房采用不同的基础形式， 同时采取必要的措施减少其沉降差。在条件具备的情况下（如有坚硬的基岩且埋深较浅等）， 采用桩基方案的较多， 而且较成功。缺点是造价偏高。第2）种方案常用于裙房尺寸较小（指裙房的长宽尺寸小于整个大底盘尺寸的15%）时的大底盘结构， 通过用有很大刚度的箱形基础、筏形基础， 同时考虑主楼应力扩散来解决主楼、裙房之间的沉降差， 因此构件尺寸通常很大， 造价高。在结构设计中， 还应注意考虑基础的偏心问题。第3）种方案是最为经济的方法。采用该方法的前提是基础持力层及其下土层的压缩模量小、附近有较多的沉降观测资料及可靠的沉降计算。常采取下面措施：将主楼与裙房分别置于不同的土层上或采用不同的基础形式， 如使主楼的基础置于低压缩性土上， 采用箱形基础或筏形基础， 增大基础底面积， 保证基础埋深， 减少地基土的附加应力或采用桩基以减少主楼的沉降值；裙房的基础则尽可能用足地基土的地基承载力标准值以增大地基土的附加应力， 基础形式则尽可能采用柱下独立基础、条形基础、十字交叉梁基础， 尽量不做满堂基础， 以增加裙房的沉降值。最终使主楼、裙房沉降值接近。在房屋施工过程中， 则采用施工后浇带作為临时沉降缝， 主楼、裙房先后施工。待主楼结构基本完成、沉降基本稳定或达到一定值后， 再施工裙房， 并把两者连为一体， 使其后期沉降差小到容许值。如果该地区的高层建筑沉降有较多资料， 沉降计算可靠时， 也可将主楼、裙房的标高定为不同（其差值为两者的计算沉降差）， 同时施工， 于裙房侧设后浇带， 待两部分沉降稳定后再连为一体（但此法要求较高的计算精度）。后浇带具体做法为：在裙房一侧留取800 mm～1000 mm宽的后浇带， 带内钢筋以不断为宜。

四、结构超长的处理措施

本项目采取的处理措施有：1）结合沉降后浇带设置温度后浇带和膨胀加强带， 温度后浇带做法与沉降后浇带一致，其后浇封闭时间可在本层结构完工后2个月内进行；后浇膨胀加强带宽度为2 m ， 附加温度钢筋，并在带两侧布置5 mm 的密目钢丝网， 将带内外的混凝土分开， 防止带外混凝土浇筑时余浆流入带内。2）基础、外墙及顶板混凝土采用低碱矿渣硅酸盐水泥， 并采用粉煤灰混凝土（设计强度等级的龄期60d）， 加大碎石骨料用量， 降低水灰比，有效降低混凝土养护时的水化热；3）梁、板、外墙中均掺加抗裂纤维， 掺量为每立方混凝土0 .9 kg ；另外， 一定要加强混凝土的养护工作， 控制混凝土内外的温度差， 做好水冷降温等工作。

五、结束语

伴随着我国当前建筑行业的快速发展，越来越多的建筑工程也投入建设之中，那么人们在关注建筑的质量的同时，也越来越关注各类建筑的设计。而地下室则作为建筑的整体重要设计和构成部分，也必须要更加的予以重视。

参考文献：

[1]廖从剑.论高层建筑人防地下室的结构设计[J].福建建设科技，2011，（02）：57-58.

[2]王仙蔚，李晓雷.高层建筑地下室结构的设计要点[J].低温建筑技术，2010，（07）：24-25.