淺談帶局部臨空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計

謝建成

（時代建筑設(shè)計院（福建）有限公司）

隨著近年來我國房地產(chǎn)行業(yè)的飛速發(fā)展，城市中心用地形勢日益嚴(yán)峻。為了保護(hù)現(xiàn)有耕地的數(shù)量，很多地方政府批規(guī)用地為山坡土地，致使帶局部臨空的地下室建筑如雨后春筍般出現(xiàn)。因此，這就要求我們設(shè)計人員在方案設(shè)計階段，對各方進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，深入了解每個建筑物的特征，消除地形對結(jié)構(gòu)設(shè)計的不利影響，利用地形的有利因素，選擇最優(yōu)化最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型。下面就結(jié)合實(shí)例談?wù)剮Ь植颗R空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 結(jié)合實(shí)例談?wù)劸植颗R空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 工程概況

實(shí)例一：

該項目位于寧德市屏南縣西側(cè)，南靠翠屏公園。由1#樓（17F）和2#樓（8F）組成,結(jié)合場地標(biāo)高下設(shè)一～兩層地下室?？偨ㄖ娣e21587.82 m2。擬建物抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為6 度； 地下室正負(fù)零標(biāo)高850.00（黃海高程），西側(cè)及南側(cè)紅線外靠市政小山坡，小區(qū)內(nèi)該位置建筑標(biāo)高為852.4～849.0（由西向東），北側(cè)規(guī)劃道路標(biāo)高從849.95～842.815（由西向東），因場地標(biāo)高比較復(fù)雜，不能按常規(guī)的地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計。

實(shí)例二：

該項目位于寧德市閩東西路以東，繼光路以北。上部設(shè)計兩棟17 層～18 層高層住宅、兩棟11 層高層住宅；下設(shè)兩層連體地下室，沿街結(jié)合地形布置商業(yè)及社區(qū)配套用房。擬建物抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度為6 度；地下室正負(fù)零標(biāo)高50.95（黃海高程），南側(cè)室外標(biāo)高50.80，北側(cè)室外標(biāo)高從40.95～42.30（由西向東），西側(cè)室外標(biāo)高41.30，東側(cè)室外標(biāo)高從50.80～43.30（由南向北），場地標(biāo)高相當(dāng)復(fù)雜。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的模型選用

從以上兩個實(shí)例可以看出，他們均非正常的地下室（四周均有土），或一面臨空，或二～三面臨空，這種帶局部臨空的地下室雖然最大限度的利用了地形，但是因其存在臨空面，給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶了一定的難度，這時是否按有地下室的建模，是設(shè)計的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，下面結(jié)合以上兩個工程實(shí)例談?wù)勥@些帶局部臨空地下室的結(jié)構(gòu)模型選取。

1.2.1 按地下室模型

實(shí)例一的項目北側(cè)規(guī)劃道路標(biāo)高從849.95～842.815（由西向東），場地標(biāo)高變化比較大，導(dǎo)致地下室北側(cè)隨地形由全埋到半埋再到全部臨空。經(jīng)過與專家的論證，采用按有地下室的模型進(jìn)行設(shè)計，并按頂板嵌固以及底板嵌固兩種模式包絡(luò)設(shè)計。同時因?yàn)樵擁椖勘眰?cè)局部臨空，臨空處無鋼筋混凝土墻及土體約束，這就形成了地下室結(jié)構(gòu)剛心的明顯偏置（偏向土體一側(cè)），也就不能對上部結(jié)構(gòu)在地震和風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的位移和結(jié)構(gòu)水平力進(jìn)行有效的約束和傳遞，造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，為了解決以上問題，該項目在地下室臨空位置仍然設(shè)置鋼筋混凝土外墻（實(shí)在因建筑功能要求無法設(shè)置時，鋼筋混凝土外墻內(nèi)退或留門窗洞口），使整個地下室形成有足夠剛度且相對閉合的鋼筋混凝土地下室。這樣雖然存在地下室土對地下室的整體約束不均衡，但因鋼筋混凝土外墻很長且形成“盒子”，對剛度的貢獻(xiàn)很大，從而減小因剛心偏置而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)，避免造成結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞。

1.2.2 按多塔大底盤模型

項目二西側(cè)全臨空，東側(cè)由西到北呈全埋到半埋，北側(cè)基本全臨空。因建筑原因，該項目西側(cè)及部分北側(cè)為沿街商業(yè)，無法設(shè)置鋼筋混凝土外墻，無法形成封閉的“盒子”。經(jīng)過與總工及設(shè)計人員的深入探討，該項目采用多塔大底盤模型，不按地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時按單塔（取相關(guān)范圍）模型和多塔模型進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計。同時為了增加無土側(cè)的剛度，將消防水池布置在剛度較弱的西北側(cè)。但因其三面基本臨空，非臨空側(cè)土體會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平推力，這對結(jié)構(gòu)來說是很不利的。設(shè)計初期是想擋土墻設(shè)計與主體結(jié)構(gòu)脫開，這樣受力明確，但是增加了造價及開挖量，因業(yè)主的強(qiáng)烈要求以及場地受限，最終采用擋土墻與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)合設(shè)計，將外墻的水土壓力按線荷載加到墻的扶壁柱或者主樓的墻柱上，參與整體計算，使擋土墻和頂板、底板、梁等形成合理的結(jié)構(gòu)空間，并采用一定的結(jié)構(gòu)措施（如外墻設(shè)置壁柱、加大頂板的厚度及配筋、適當(dāng)加大梁的高度或梁加腋等），從而有效的傳遞結(jié)構(gòu)在地震及風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的不平衡水平力。

1.3 房屋高度及基礎(chǔ)埋深的確定

局部臨空地下室因其一面臨空或者多面臨空，其上部結(jié)構(gòu)的房屋高度及基礎(chǔ)埋置深度的確定，其難點(diǎn)在于起算面的確定，不能簡單的套用常規(guī)地下室的做法（如基礎(chǔ)埋置深度：筏板基礎(chǔ)取室外地面標(biāo)高，獨(dú)立基礎(chǔ)取室內(nèi)地面標(biāo)高），應(yīng)按能夠提供側(cè)向約束并傳遞上部水平力的位置（單體室外地面最低點(diǎn)）算起。同理按照該法確定的房屋高度來確定建筑物的抗震等級。

以實(shí)例二中的1 號樓為例，其正負(fù)零以上上部主要屋面高度為53.50m,室內(nèi)標(biāo)高為-9.95m，室外最低點(diǎn)標(biāo)高為-10.05m，故其房屋高度取63.55m，而非53.50m。1 號樓采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度取1m 計算，其基礎(chǔ)埋置深度d=63.55m/15=4.24m（天然地基基礎(chǔ)，取房屋高度的1/15）；如按照常規(guī)地下室的做法，基礎(chǔ)面為地下室室內(nèi)標(biāo)高下去0.1m,必然會導(dǎo)致埋置深度不夠，對結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生影響。此時可采取以下兩個措施來解決：1.基礎(chǔ)面降低至室內(nèi)標(biāo)高下3.24m，使之滿足埋深要求；2.基礎(chǔ)面適當(dāng)降低，但達(dá)不到規(guī)范要求，此時應(yīng)補(bǔ)充該高層建筑的整體傾覆、抗滑移等驗(yàn)算。根據(jù)地勘報告，1 號樓的基礎(chǔ)持力層為3 層含碎石粉質(zhì)粘土，地基承載力特征值為 210 kpa（未修正），當(dāng)滿足埋置深度要求時，地基承載力特征值可修正至300kpa,經(jīng)過對比分析，采用措施1 的辦法，同時為了減輕荷載，基礎(chǔ)面至室內(nèi)地面標(biāo)高增設(shè)結(jié)構(gòu)空腔層，使基礎(chǔ)滿足上部結(jié)構(gòu)的荷載要求。這樣相對比于采用樁基礎(chǔ)（如采用措施2 的方法，修正后的地基承載力難以滿足），縮短了工期，節(jié)約了造價。

1.4 底板抗浮水位的確定

局部臨空地下室的底板抗浮水位可結(jié)合建筑物本身的有利地形來確定，采取分塊抗浮設(shè)計的方法。例如：實(shí)例一，其根據(jù)地勘提供的抗浮設(shè)計水位為-5.60m（底板面標(biāo)高為-7.60），但因南方地區(qū)多雨，按照地勘提供的抗浮水位設(shè)計的話，必然會使靠土側(cè)的底板設(shè)計偏于不安全；而臨空側(cè)的又偏保守，造成浪費(fèi)。故該項目底板抗浮水位靠土側(cè)按-3.60m 標(biāo)高來考慮，臨空側(cè)按-6.60m 標(biāo)高來考慮，中間按板塊按線性插值來考慮。這樣利用地形，既滿足了結(jié)構(gòu)的安全要求，又不造成浪費(fèi)。

2 結(jié)語

總之，帶局部臨空地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)因地制宜，具體情況具體分析，選取合理的計算模型，消除建筑地形帶來的不利影響，保證結(jié)構(gòu)的安全性。同時合理的利用建筑地形的有利性，應(yīng)用概念設(shè)計的內(nèi)涵和原理，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到安全適用經(jīng)濟(jì)的目的，為建筑工程的長久發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。