高层建筑基底高于相近地下车库基底的设计探讨

邓天山

（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730030）

1 有高差基础设计

随着大中型小区的普遍兴建，因使用功能及布局的需要，在高层住宅楼相邻侧边设有满铺场地的地下停车库。在进行基础设计时，按照结构设计的抗震要求，当高层建筑的基础底标高低于相邻地下车库的基础底标高时，才符合建筑的抗震设计要求。而现在大多数情况下却达不到上述要求。由于地下车库的设备内部管线、顶板上部场地景观种植土及场地覆土厚度的需要，车库基础底标高往往低于主楼基础底标高，相互关系如图1所示。

图1 高层建筑与地下车库的关系

图中“B”为高层基础与车库基础的基础外边缘水平距离，“H”为高层基础底标高与地下车库基础底标高的竖向高差。高层建筑基底应力的扩散角按照45°考虑，一般设计要求基础间距B是基础高差H的2倍，即B=2H。此时，主楼基础是可以认为安全可靠的。但是往往在设计中主楼与车库基础水平间距“B”不满足基础基底竖向高差“H”的2倍，此时地下车库外挡墙受力比较复杂。从图中可以看出，在非地震作用下，地下车库外挡土墙除受到土压力外，还受到高层基础对地下车库外挡土墙的产生的压力；在地震作用下，地下车库外挡土墙还受到高层基础基底传来的地震附加压应力[1]，故在此情况下高层建筑基础是不稳定的，若不采取措施，则高层建筑基础存在一定的安全隐患。高层建筑基础落在一个不稳定的地下车库外墙上，主楼地震力无法往下传至可靠的地基上，对高层建筑抗震极为不利。

在设计中主楼与车库基础水平间距“B”不满足基础基底竖向高差“H”的2倍情况，经分析可知：此时地下车库外挡土墙主要承受4个方面的力：（1）高层建筑基础下地基土压缩对地下车库外挡土墙产生的压力；（2）高层建筑底部剪力所产生的附加压力；（3）高层建筑自重及下面高差部分土重对地下车库外挡墙产生的静止土压力；（4）地震时高层建筑下面地基土产生的压力增量附加到地下车库外墙上[2]。若地下车库外挡土墙按此受力情况计算，则计算出的断面很厚，配筋较大，且墙的刚度难以保证，高层建筑任何微小的变形和支座的转动都将使地震力转嫁到车库框架上，使其内力大为增加，从而增加其危险性，尤其在罕遇地震下就更加危险。

2 结构采取措施

上述情况下，地下车库外挡土墙的设计对高层建筑的基础稳定性有至关重要的作用，即使在罕遇地震作用下，也应该保证高层建筑基础的安全。为保证高层建筑基础的稳定，提出以下几种解决方案：

（1）增大高层建筑基础与地下车库基础的水平距离，增大后的水平距离宜为2倍的基底竖向高差，即B≥2H。此方案将会影响建筑场地的布局，浪费场地的土地使用面积，建设单位一般也难以接受，故不建议采用。

（2）降低地下车库的层高或减小车库顶板的覆土厚度。地下车库顶板布局常见选型为无梁屋盖和梁板式屋盖，其中无梁屋盖应用较少，梁板式屋盖应用较多。由于地下车库一般柱网较大，故梁高取为1/10～1/12柱距，再加上设备各种管线、风管的高度，车库层高降低的余地并不会太大；而地上覆土要满足设备室外管线在冻土以下的埋深，加上种植绿化的要求，覆土减薄幅度也不会太高。当主楼基础底标高与车库基础底标高竖向相差不大时，且降低地下车库的层高、减小车库顶板的覆土厚度满足建筑使用功能要求时可优先采用此方案。

（3）高层建筑基础与车库基础相邻处采用主楼基础跌落的方式使主楼基础与车库基础底面在同一个标高上或使其满足B≥2H。这样高层建筑基础对车库不会产生影响，亦可保证自身基础的安全。但是基础高差相差较大时，并不能完全解决主楼基础稳定性的要求，如图2所示。

图2 主楼与车库基础示意

（4）主楼基础降低标高与基础跌落同时使用。当主楼基础与车库基础高差较大时，且无法增加地下室层数时可采用此方案。为满足高层建筑地下室地面标高的要求，由于基础的降低则需在基础顶面以上回填材料至建筑标高，再在其顶面设置厚度100 mm的钢筋混凝土叠合层（内配直径8@200双向单层钢筋网片），以减小地下室外墙的计算高度，如图3所示。

图3 主楼与车库基础示意

（5）增加高层建筑地下室层数。此方案一般用于主楼基础与车库基础高差较大，且基本达到层高使用功能要求。但此方案需在方案初期与建筑专业及建设单位协商，若建筑专业及建设单位同意增加地下室层数，相应地下建筑面积也得到了增加。虽然此方案增加了造价，同时也增加了建筑使用面积，但可以认为是基础高差较大时性价比较高的方案措施。

（6）在车库内增加横墙作为车库外挡土墙的侧向支撑[4]，可利用柱轴网的位置在紧邻外挡土墙的第一跨间增加横墙，如图4所示。此时，横墙与外挡土墙及车库底板和顶板形成了稳定的箱体结构，使得外墙的稳定性有了很大的提高，且外挡土墙的承载力也可以按四边支撑来计算。此方案优点比较明显，建筑场地布局基本不变，受力也比较合理。但是此方案有一定的局限性，当车库外挡土墙内侧为车道时，则无法增加横墙支撑，且在设置沉降后浇带时对施工有一定的困难。

图4 横墙支撑示意图

3 工程实例

甘肃省张掖市某项目住宅小区，10栋高层住宅楼，场地满铺地下停车库，主楼地下室与车库采用连通口连接。其中主楼地下1F，地上18F，室内外高差0.30 m，地下室层高3.90 m，基础采用平板式筏形基础，筏板厚度1.00 m，持力层为卵石层。由于左侧相近地下车库采用机械停车库，故层高为5.10 m，车库顶板覆土厚1.50 m，车库外挡土墙采用钢筋混凝土条形基础，基础厚0.60 m，持力层亦为卵石层。主楼基础基底标高为-4.90m，车库外挡土墙基础基底标高为-7.20 m，两者基底高差2.30 m，基础外边缘水平距离为1.40 m，故不满足B≥2H的设计要求；且与主楼相近车库一跨为汽车车道，无法布置横墙支撑，如图5所示。

图5 高层建筑基础与地下车库基础高差

在设计初期结构设计人员向建设单位提供了增加主楼地下室层高或增加一层地下室的方案。建设单位认为增加一层地下室成本太高，且该工程为住宅建筑，地下2层的利用率较低，故建设单位未采纳增加地下室的建议。建设单位要求在不增加地下室层高的情况下，结构采取合理措施满足建筑功能使用、结构安全要求。经过设计多方对比，地下室基础整体下降1.90 m，则需回填1.90 m的素土，回填量较大。经建设单位同意，设计人员采用了上述第（4）种方案，主楼地下室基础整体下降0.90 m且基础局部跌落1.00 m，主楼室内跌落部分采用素土分层夯实回填，每层压实系数不小于0.95，并在回填顶部增设钢筋混凝土叠合层，厚度100 mm，内配直径8@200双向单层钢筋网片，钢筋锚入主楼外墙内，此时高层基础与车库基础的基础外边缘线的竖向高差为0.70 m，满足B=2H，主楼安全得到了保障，如图6所示。

图6 处理后高层建筑基础与地下车库基础高差

4 结论

（1）地下车库基础低于相邻高层建筑基础时，在结构设计时应采取必要的措施保证基础的安全性。尤其在高压缩性土层上尤为重要，若场地为高压缩性土层时，应对高层建筑地基土进行处理，以避免不均匀沉降造成高层建筑倾斜。

（2）基础方案的选取应考虑到场地的可实施性、经济性及建设单位需求，满足建筑功能需要。若增加高层建筑地下室层数及增加地下室层高的方案需在方案初期就要征得建设单位及建筑专业的同意，避免方案的先天不足。

（3）高低基础除采取相应的措施还应对建筑施工的顺序做出要求，一般要求先施工基础较低的地下车库，待车库侧墙施工完毕且强度达到100%以上再进行周边高层建筑基础的施工。必要时还要采取支护等措施，确保高层建筑的基础安全。