高層建筑結(jié)構(gòu)地下室和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

劉建鑫

高層建筑宜設(shè)地下室，其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮建筑場(chǎng)地的地質(zhì)狀況、上部結(jié)構(gòu)的類型、施工條件、使用要求，確保建筑物不致發(fā)生過(guò)量沉降或傾斜，滿足建筑物正常使用要求;還應(yīng)注意與相鄰建筑的相互影響，了解鄰近地下構(gòu)筑物及各項(xiàng)地下設(shè)施的位置和標(biāo)高，確保安全。

在地震區(qū)，高層建筑宜避開(kāi)對(duì)抗震不利的地段，否則應(yīng)采取可靠措施，使建筑物在地震時(shí)不致由于地基失效而破壞，或者產(chǎn)生過(guò)量下沉或傾斜。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要降低地下水位的，還應(yīng)注意降水的時(shí)間要求，以免停止降水后，水位上升使建筑物發(fā)生上浮等問(wèn)題。

高層建筑應(yīng)采用整體性好、能滿足地基承載力和建筑物容許變形要求并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式;宜采用筏板基礎(chǔ)或帶柱基的筏板基礎(chǔ)，必要時(shí)可采用箱形基礎(chǔ)。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件好且能滿足地基承載力和變形要求時(shí)，采用交叉梁式基礎(chǔ)或其他基礎(chǔ)形式;當(dāng)?shù)鼗休d力或變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用樁基或復(fù)合地基。

高層建筑高寬比大于 4的建筑，基礎(chǔ)底面不宜出行零應(yīng)力區(qū);高寬比不大于 4的高層建筑，基礎(chǔ)底面與地基之間零應(yīng)力區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)基礎(chǔ)底面面積的15%。計(jì)算時(shí)，質(zhì)量偏心較大的裙樓與主樓可分開(kāi)考慮。

基礎(chǔ)應(yīng)有一定的埋置深度。在確定埋置深度時(shí)，應(yīng)綜合考慮建筑物的高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設(shè)防烈度等因素。埋置深度可從室外地坪算至基礎(chǔ)底面，并宜符合下列要求:

1)天然地基或復(fù)合地基，可取房屋高度的 1/15;

2)樁基礎(chǔ)，可取房屋高度的 1/18(樁長(zhǎng)不計(jì)在內(nèi))。

當(dāng)建筑物采用巖石地基或采取有效措施時(shí)，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性要求前提下，基礎(chǔ)埋深可比規(guī)定適當(dāng)放松。地基可能產(chǎn)生滑移時(shí)，應(yīng)采取有效的抗滑移措施。

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)，應(yīng)考慮高層主樓基礎(chǔ)有可靠的側(cè)向約束及有效埋深;不設(shè)沉降縫時(shí)，應(yīng)采取有效措施減少差異沉降及其影響。

高層建筑基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30。當(dāng)有防水要求時(shí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)應(yīng)根據(jù)工程埋置深度滿足 GB 50108-2008地下工程防水技術(shù)規(guī)程相關(guān)要求，必要時(shí)可設(shè)置架空排水層。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)，基礎(chǔ)宜沿兩個(gè)主軸方向設(shè)置基礎(chǔ)系梁，剪力墻基礎(chǔ)應(yīng)具有良好的抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力。

1 地下室設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

1)高層建筑宜設(shè)地下室，其地下室頂蓋作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下室頂板應(yīng)避免開(kāi)設(shè)大洞口;地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的 1.1倍;地下室頂板的梁柱節(jié)點(diǎn)左右梁端截面同一方向?qū)嵟涞氖軓澇休d力與下柱上端同一方向?qū)嵟涞氖軓澇休d力之和，不應(yīng)小于上柱下端實(shí)配的受彎承載力的 1.3倍。地下室與上部對(duì)應(yīng)的剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積不應(yīng)小于地上一層對(duì)應(yīng)的剪力墻墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積。2)高層建筑地下室設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮上部荷載、巖土側(cè)壓力及地下水的不利作用影響。地下水位標(biāo)高應(yīng)綜合歷年最高水位和使用年限內(nèi)可能的最高水位慎重選擇確定。擴(kuò)大地下室尚應(yīng)滿足整體抗浮要求，可采取降排水、加配重或抗拔錨樁(桿)等措施。3)高層建筑地下室不宜設(shè)置變形縫，當(dāng)超過(guò)伸縮縫最大間距時(shí)，可每隔 30m～40m設(shè)置貫通頂板、底部及墻板的施工后澆帶，帶寬不宜小于800mm;后澆帶可設(shè)置在柱距三等分的中間范圍內(nèi)以及剪力墻附近，其方向宜與梁正交，沿豎向應(yīng)在結(jié)構(gòu)同跨內(nèi);底板及外墻的后澆帶宜增設(shè)附加防水層;后澆帶澆灌時(shí)間宜滯后 2個(gè)月以上，其混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)，并宜采用無(wú)收縮混凝土，低溫入模。4)高層建筑主體結(jié)構(gòu)厚底板與擴(kuò)大地下室薄底板交界處應(yīng)力較為集中，該過(guò)渡區(qū)適當(dāng)予以加強(qiáng)是十分必要的，所以該處截面厚度和配筋應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。5)按新規(guī)范要求高層建筑地下室外墻設(shè)計(jì)應(yīng)滿足水土壓力及地面荷載側(cè)壓作用下承載力要求，其豎向和水平貫通分布鋼筋的配筋率不宜小于 0.3%、間距不宜大于150mm。高層建筑地下室外周邊回填土應(yīng)采用級(jí)配砂石、砂土或灰土，并應(yīng)分層夯實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于 0.94。提高和控制高層建筑地下室周邊回填土質(zhì)量，對(duì)室外地面建筑工程質(zhì)量及地下室嵌固、抗震、抗傾覆均較為有利。6)有窗井的地下室，應(yīng)在窗井內(nèi)部設(shè)置分隔墻，且分隔墻宜與地下室內(nèi)墻連通成整體。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

1)目前國(guó)內(nèi)高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)較多為直接采用電算程序得到的各種荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合和同一地基或樁基承載力特征進(jìn)行設(shè)計(jì)，風(fēng)荷載和地震作用主要引起高層建筑邊角豎向結(jié)構(gòu)較大軸力，將此短期作用與永久作用同等對(duì)待，加大了邊角豎向結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，相應(yīng)重力荷載長(zhǎng)期作用下中部豎向結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)未得以增強(qiáng)，導(dǎo)致某些高層建筑出現(xiàn)地下室底部橫向墻體八字裂縫典型盆式差異沉降現(xiàn)象。建議重力荷載與風(fēng)荷載組合時(shí)，承載力特征值可適當(dāng)提高 1.1倍～1.2倍，重力荷載與地震作用組合時(shí)，承載力特征值可按現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》予以提高。因此，高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)以減小長(zhǎng)期中立荷載作用下地基變形、差異變形為主，計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)地面的荷載效應(yīng)采用正常使用的極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合，不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面的荷載效應(yīng)采用正常使用狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合。

2)參照重慶、深圳、廈門及國(guó)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)嵌巖時(shí)，宜在基礎(chǔ)周邊及底面設(shè)置砂質(zhì)或其他材質(zhì)褥墊層，墊層厚度可取50mm～100mm，不宜采用肥槽填充混凝土做法。

3)筏板基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基土的承載力、上部結(jié)構(gòu)的布置及其荷載的分布等因素確定，可取消偏心距計(jì)算。

4)平板式筏基的板厚可根據(jù)受沖切承載力計(jì)算確定，尚應(yīng)考慮不平衡彎矩作用在沖切面上的附加剪力，板厚不宜小于 400mm。沖切計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮作用在沖切臨界截面重心上的不平衡彎矩所產(chǎn)生的附加剪力。

5)當(dāng)?shù)鼗容^均勻、上部結(jié)構(gòu)剛度較好，上部結(jié)構(gòu)柱間距及柱荷載的變化不超過(guò) 20%時(shí)，高層建筑的筏板基礎(chǔ)可僅考慮局部彎曲作用，按倒樓蓋法計(jì)算時(shí)地基反力可視為均布，其值應(yīng)扣除底板及其地面自重，并可僅考慮局部彎曲作用。當(dāng)?shù)鼗⑸喜拷Y(jié)構(gòu)剛度較差，或柱荷載及柱間距變化較大時(shí)，筏板內(nèi)力宜按彈性地基板分析。當(dāng)不符合上述條件時(shí)，宜按彈性地基板計(jì)算。

6)筏形基礎(chǔ)應(yīng)采用雙向鋼筋網(wǎng)片分別配置在板的頂面和底面，鋼筋間距不宜小于150mm，也不宜大于300mm;受力鋼筋直徑不宜小于12mm。

7)梁板式筏基梁寬小于柱寬時(shí)，可將肋梁在柱邊加腋，并滿足構(gòu)造要求。墻柱的縱向鋼筋貫通基礎(chǔ)梁，并從梁上皮起滿足錨固長(zhǎng)度的要求。

8)梁板式筏基的梁高取值應(yīng)包括底板厚度在內(nèi)，梁截面應(yīng)滿足正截面受彎及斜截面受剪承載力，并應(yīng)驗(yàn)算基礎(chǔ)梁頂面柱下局部受壓承載力。梁高不宜小于平均柱距的1/6。當(dāng)滿足地基承載力時(shí)，筏型基礎(chǔ)的周邊不宜向外有較大的伸挑擴(kuò)大。當(dāng)需外挑時(shí)，有肋梁的筏基宜將梁一同挑出。

9)筏板基礎(chǔ)，當(dāng)周邊內(nèi)部有鋼筋混凝土墻時(shí)，墻下可不再設(shè)基礎(chǔ)梁，墻按一般梁或深梁進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。周邊有墻時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)底面已滿足地基承載力要求，筏板可不外伸，有利減小盆式差異沉降和外包防水操作。當(dāng)需要外伸挑擴(kuò)大時(shí)，應(yīng)注意滿足其剛度和承載力要求。

10)樁基的設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜，各地區(qū)對(duì)樁的選型、成樁工藝、承載力取值有各自的成熟經(jīng)驗(yàn)，不少省、市有地區(qū)規(guī)范。當(dāng)工程所在地有地區(qū)性地基設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)，可依據(jù)該地區(qū)規(guī)范進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)。樁基選擇和承臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)類型、荷載大小、樁穿越的土層、樁端持力層土類、地下水位、施工條件和經(jīng)驗(yàn)、制樁材料供應(yīng)條件等因素綜合考慮。

11)樁基的豎向承載力、水平承載力和抗拔承載力等確定，應(yīng)以靜載試樁結(jié)果為依據(jù)，有利于保證安全性和經(jīng)濟(jì)性。試樁依樁長(zhǎng)、巖土不同等取不利情況選擇，按照勘探報(bào)告提供的樁基設(shè)計(jì)參數(shù)和樁基規(guī)范經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法得到的樁基承載力可作為設(shè)計(jì)參考。

12)樁的布置應(yīng)符合要求:a.等直徑樁的中心距不應(yīng)小于3倍樁橫截面的邊長(zhǎng)或直徑;擴(kuò)底樁中心距不應(yīng)小于擴(kuò)底直徑的1.5倍，且兩個(gè)擴(kuò)大頭間的凈距不宜小于1m;b.布樁時(shí)，宜使各樁承臺(tái)承載力合力點(diǎn)與相應(yīng)豎向永久荷載合力作用點(diǎn)重合，并使樁基在水平力產(chǎn)生的力矩較大方向有較大的抵抗矩;c.平板式樁筏基礎(chǔ)，樁宜布置在柱下或墻下，必要時(shí)可滿堂布置，核心筒下可適當(dāng)加密布樁;梁板式樁筏基礎(chǔ)，樁宜布置在基礎(chǔ)梁下或柱下;樁箱基礎(chǔ)，宜將樁布置在墻下。直徑不小于 800mm的大直徑樁可采用一柱一樁;d.應(yīng)選擇較硬土層作為樁端持力層。樁徑為d的樁端全截面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)應(yīng)粘性土、粉土不宜小于2d;砂土不宜小于 1.5d;碎石類土不宜小于 1d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁端下部硬持力層厚度不宜小于 4d?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，樁進(jìn)入碎石土、礫砂、粗砂、中砂、密實(shí)粉土、堅(jiān)硬粘性土的深度尚不應(yīng)小于0.5m，對(duì)其他非巖石類土尚不應(yīng)小于1.5m。

13)甲級(jí)設(shè)計(jì)等級(jí)的樁基礎(chǔ)、建筑體型復(fù)雜或樁端以下存在軟弱土層的乙級(jí)設(shè)計(jì)等級(jí)的樁基礎(chǔ)、對(duì)沉降有嚴(yán)格要求的建筑的樁基礎(chǔ)以及采用摩擦型樁的樁基礎(chǔ)，應(yīng)進(jìn)行沉降計(jì)算。受較大永久水平作用或?qū)λ阶兾灰髧?yán)格的建筑樁基，應(yīng)驗(yàn)算其水平變位。

14)樁與承臺(tái)的連接應(yīng)符合下列要求:a.樁頂嵌入承臺(tái)的長(zhǎng)度，對(duì)大直徑樁不宜小于 100mm，對(duì)中小直徑的樁不宜小于50mm;b.為保證樁與承臺(tái)的整體性及水平力和彎矩可靠傳遞，樁頂嵌入承臺(tái)應(yīng)有一定長(zhǎng)度，樁縱向鋼筋應(yīng)可靠地錨固在承臺(tái)內(nèi)，其錨固長(zhǎng)度應(yīng)符合規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

15)箱形基礎(chǔ)的平面尺寸應(yīng)根據(jù)地基土承載力和上部結(jié)構(gòu)布置以及荷載大小等因素確定。外墻宜沿建筑物周邊布置，內(nèi)墻沿上部結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)或剪力墻位置縱橫均勻布置，墻體水平截面總面積不宜小于箱形基礎(chǔ)外墻外包尺寸的水平投影面積的 1/10。對(duì)基礎(chǔ)平面長(zhǎng)寬比大于 4的箱形基礎(chǔ)，其縱橫水平截面面積不應(yīng)小于箱基外墻外包尺寸水平投影面積的 1/18。

16)箱形基礎(chǔ)的高度應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的承載力、剛度及建筑使用功能要求，一般不宜小于箱基長(zhǎng)度的1/20，且不宜小于3m。此處箱基長(zhǎng)度不計(jì)墻外懸挑板部分。

17)箱形基礎(chǔ)的頂板、底板及墻體的厚度，應(yīng)根據(jù)受力情況、整體剛度和防水要求確定。無(wú)人防設(shè)計(jì)要求的箱基，基礎(chǔ)底板不應(yīng)小于300mm，外墻厚度不應(yīng)小于250mm，內(nèi)墻的厚度不應(yīng)小于200mm，頂板厚度不應(yīng)小于200mm，可用合理的簡(jiǎn)化方法計(jì)算箱形基礎(chǔ)的承載力。

18)箱形基礎(chǔ)墻體的門洞宜設(shè)在柱間居中的部位，洞口上下過(guò)梁應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算。

19)當(dāng)?shù)鼗鶋嚎s層深度范圍內(nèi)的土層在豎向和水平力方向皆較均勻，且上部結(jié)構(gòu)為平立面布置較規(guī)則的框架、剪力墻、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，箱形基礎(chǔ)的頂、底板可僅考慮局部彎曲計(jì)算。計(jì)算時(shí)底板反力應(yīng)扣除板的自重力及其上面層和填土的自重，頂板荷載按實(shí)際考慮。整體彎曲的影響可在構(gòu)造上加以考慮。箱形基礎(chǔ)的頂板和底板鋼筋配置除符合計(jì)算要求外，縱橫方向支座鋼筋尚應(yīng)有 1/3～1/2的鋼筋連通，跨中鋼筋按實(shí)際需要的配筋全部貫通。鋼筋接頭宜采用機(jī)械連接;采用搭接接頭時(shí)，搭接長(zhǎng)度應(yīng)按受拉鋼筋考慮。

20)箱形基礎(chǔ)的頂板、底板及墻體均應(yīng)采用雙層雙向配筋。墻體的豎向和水平鋼筋直徑均不應(yīng)小于 10mm，間距均不應(yīng)大于200mm。除上部為剪力墻外，內(nèi)、外墻的墻頂處宜配置兩根直徑不小于20mm的通長(zhǎng)構(gòu)造鋼筋。

21)上部結(jié)構(gòu)底層柱縱向鋼筋伸入箱形基礎(chǔ)墻體的長(zhǎng)度應(yīng)符合下列要求:a.柱下三面或四面有箱形基礎(chǔ)墻的內(nèi)柱，除柱四角縱向鋼筋直通到基底外，其余鋼筋可伸入頂板底面以下 40倍縱向鋼筋直徑處;b.外柱、與剪力墻相連的柱及其他內(nèi)柱的縱向鋼筋應(yīng)直通到基底。

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