大底盤高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及處理方法

1、<p>　　大底盤高層建筑地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及處理方法</p><p>　　摘要：大底盤多塔結(jié)構(gòu)形式廣泛應(yīng)用在小區(qū)設(shè)計(jì)中,針對此類工程設(shè)計(jì)中的幾個常見問題:如嵌固端的確定,地下室部分的設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)沉降計(jì)算及沉降差異差異的處理以及結(jié)構(gòu)超長措施等提出了建議,以推廣大底盤多塔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：大底盤；嵌固端；地下室；沉降差異 </p><p&

2、gt;　　中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p>　　近年來,我國高層建筑的大量興建,大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)形式越來越多地被采用。帶地下車庫的住宅小區(qū)就是其中的一種。以工程實(shí)例進(jìn)行說明： </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　現(xiàn)在很多工程普遍存在一個現(xiàn)象，為解決有足夠的汽車停放位置及有較好

3、的生活環(huán)境，建筑物間設(shè)有庭院綠化，利用地下空間設(shè)置停車庫，并與樓房連通，這樣地下部分練成一片，車庫頂板上覆土厚度1500~1800mm不等。以淄博市張店區(qū)某居住小區(qū)為例，此工程是由上部多棟高層住宅與底部連成整體的大底盤地下停車庫組成，住宅地下均設(shè)兩層儲藏室。上部各塔樓的層數(shù)均為18層、高度均相同，平面布置截取局部詳附圖1，剖面關(guān)系詳附圖2。 </p><p><b>　　附圖1 </b>&l

4、t;/p><p><b>　　附圖2 </b></p><p>　　二、工程地質(zhì)條件： </p><p>　　本工程自然條件：基本風(fēng)壓0.4KN/m2,基本雪壓0.45KN/m2?？拐鹪O(shè)防烈度7度，地震加速度為0.10g設(shè)計(jì)分組第二組。該場地地形總體較為平坦，地貌類型單一，地層結(jié)構(gòu)較單一，橫向分布較均勻，縱向逐層分布。擬建場地自上而下各土層的特征如

5、下： </p><p>　　主樓和車庫均以第4層粉質(zhì)粘土為持力層：從地下室地面起算主樓埋深2.0m，車庫埋深1.3m。 </p><p><b>　　三、工程設(shè)計(jì)要點(diǎn) </b></p><p>　?。ㄒ唬┐蟮妆P多塔樓高層結(jié)構(gòu)的地下室設(shè)計(jì)問題 </p><p>　　“多塔樓結(jié)構(gòu)”是在裙樓或大底盤上有兩個或兩個以上塔樓的結(jié)構(gòu)

6、。僅在地下室連為整體的多塔樓結(jié)構(gòu)就是其中的一例。這種結(jié)構(gòu)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)大底盤部分的內(nèi)力分析時必須整體計(jì)算，但由于塔樓的側(cè)向剛度相對于大底盤的側(cè)向剛度來說比較小, 當(dāng)各塔樓間距離大于2倍“相關(guān)范圍”間距時，上部單個塔樓在水平地震力作用下對于離塔樓位置較遠(yuǎn)的大底盤構(gòu)件產(chǎn)生的影響就比較小,所以該種情況下對于大底盤的構(gòu)件內(nèi)力可以不考慮由于上部多塔樓的存在而對大底盤產(chǎn)生的復(fù)雜影響，上部各塔樓可以分開單獨(dú)計(jì)算；但當(dāng)各塔樓間距離小于2倍“相關(guān)范圍”間距時

7、，特別是相鄰樓在本樓的“相關(guān)范圍”內(nèi)時，相互間的影響就不可忽略，此種情況宜按多塔樓結(jié)構(gòu)校核，二者取最不利組合。高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)程中并未把僅帶地下車庫的多塔樓結(jié)構(gòu)歸為復(fù)雜高層建筑，但此類建筑的地下室頂板宜參照《高規(guī)》復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)多塔樓部分的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)。另外，中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所等單位的試驗(yàn)研究和計(jì)算分析亦表明，多塔樓結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響大，當(dāng)各塔樓質(zhì)量和剛度分布不均勻時，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)振動反應(yīng)大，高振型對內(nèi)力的影響更為突出

8、。雖然地下室連為整體的多塔樓不屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，但也應(yīng)在進(jìn)行設(shè)</p><p>　　從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來講，當(dāng)大底盤地下室頂板與室外高差不太大（一般不宜大于本層層高的1/3），地下一層相關(guān)范圍與首層側(cè)向剛度比不宜小于2，地下室周邊有與地下室頂板相連的抗震墻等時地下室頂板可作為上部塔樓的嵌固端。此時地下室頂板上部各塔樓在水平及豎向荷載作用下是相互獨(dú)立的，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算可以分開進(jìn)行。但地下室頂板應(yīng)采用板厚不小于180mm

9、，宜雙層雙向配筋，每個方向的配筋率不宜小于0.25%，地下室頂板上下層樓板應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施來進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。 </p><p>　　當(dāng)大底盤地下室頂板不符合上述條件時，地下室頂板不宜作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，嵌固部位應(yīng)下移。 </p><p>　　車庫與主樓負(fù)一層底板的高差高于普通梁高（此數(shù)一般宜小于500mm）時，錯層較大，同時作為住宅來說，地下室墻體基本就是地上墻體下延，要使地下一層相關(guān)范圍

10、與首層側(cè)向剛度比不宜小于2，難度較大，綜合分析考慮，兩層地下室頂板均不符合作為嵌固端的條件，計(jì)算嵌固端取至基礎(chǔ)頂，但負(fù)一層頂板在實(shí)際受力時具有一定的嵌固作用，這種情況要如何解決才能保證其安全性呢？ </p><p>　　以本工程14#樓為例，車庫頂板與主樓負(fù)一層底板的高差達(dá)到1300mm，車庫頂板上覆土實(shí)際作為種植土并不能達(dá)到嵌固的條件，地下一層相關(guān)范圍與首層的側(cè)向剛度比為X向?yàn)?.8倍，Y向1.4倍，均小于2倍

11、，地下一層與地下二層剛度接近。地下室頂板不滿足作為嵌固端的條件，所以本工程取基礎(chǔ)頂作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。實(shí)際設(shè)計(jì)時考慮車庫及頂板上填土對結(jié)構(gòu)的存在約束作用，地下室頂板有一定的嵌固作用，計(jì)算模型取地下一層頂板作為嵌固端作為模型一，取基礎(chǔ)頂作為嵌固端作為模型二， </p><p>　　取兩個模型的最不利組合進(jìn)行加強(qiáng)區(qū)豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)。兩個模型底部計(jì)算結(jié)果如下表： </p><p>　　此外，本工

12、程設(shè)計(jì)還有如下幾點(diǎn)需要注意： </p><p>　　1、本工程加強(qiáng)區(qū)從室外地坪向上取底部二層及結(jié)構(gòu)總高1/10兩者的較大值，向下延伸至基礎(chǔ)頂為加強(qiáng)區(qū)高度，約束邊緣構(gòu)件向上延伸一層； </p><p>　　2、當(dāng)只在地下室設(shè)置擋土墻或通長混凝土墻體，而相同位置地上部分為普通剪力墻時，此位置處剪力墻的邊緣構(gòu)件應(yīng)根據(jù)地上剪力墻的軸壓比確定是否設(shè)置約束邊緣構(gòu)件； </p><p

13、>　　3、兩層地下室頂板按《高規(guī)》3.4.3條采用梁板結(jié)構(gòu)，板厚均不小于160mm，宜雙層雙向布置。 </p><p>　　4、地下二層頂板與車庫頂板存在樓板錯層，傳力途徑中斷，地下一層墻體平面外受力等復(fù)雜受力情況，此時地下一層墻體按錯層結(jié)構(gòu)的相關(guān)要求進(jìn)行加強(qiáng)縱筋、邊緣構(gòu)件箍筋設(shè)計(jì)；在車庫框架梁與主樓墻體相交處設(shè)計(jì)扶壁柱（按計(jì)算配筋），增強(qiáng)主體外墻平面外剛度，提高墻體平面內(nèi)外承載力；在高差范圍內(nèi)設(shè)置剪力墻暗

14、梁，提高墻體的抗扭能力等措施來保證地震力的傳遞。保證計(jì)算模型的真實(shí)性。 </p><p>　　然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,無論何種情況，都需要進(jìn)行整體模型計(jì)算來進(jìn)行基礎(chǔ)等構(gòu)件的設(shè)計(jì) </p><p>　?。ǘ┐蟮妆P多塔樓高層結(jié)構(gòu)的沉降問題 </p><p>　　1)高層建筑的沉降計(jì)算 </p><p>　　城市的發(fā)展，建筑物高度越來越高，基底重量越來

15、越大，如果此時沉降計(jì)算時仍然采壓力段為100Kpa~200Kpa的固定壓力段下壓縮模量值進(jìn)行沉降計(jì)算必然會引起沉降計(jì)算的誤差，同時考慮到地基變形的非線性性質(zhì)，因此實(shí)際計(jì)算時應(yīng)采用不同高度房屋實(shí)際壓力段下的Es值計(jì)算。 </p><p>　　以14#樓為例。本工程為地上18層住宅，地下二層儲藏室，基礎(chǔ)底面土的自重壓力為18.8x7.8=146.64Kpa,基底壓力為280Kpa,附加壓力為133.36Kpa。根據(jù)《

16、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》采用“土的自重應(yīng)力“至”土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和“的壓力段下的壓縮模量進(jìn)行計(jì)算，基礎(chǔ)平均沉降量為54.26mm，與本地的實(shí)測值基本吻合。 </p><p>　　2）高層建筑與車庫間的沉降差 </p><p>　　車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高處原有土的自重應(yīng)力為18.8x7.4=139.12Kpa,離主樓最近點(diǎn)處（柱距主樓外墻邊距離為6100mm）柱下獨(dú)立基礎(chǔ)基底壓力為204KPa

17、，附加應(yīng)力為204-139.12=64.88Kpa,采用100Kpa~200Kpa壓力段下壓縮模型計(jì)算得車庫沉降量為18.13mm。與主樓的沉降差54.26-18.13=36.13mm，大于規(guī)范要求<0.003*6100=18.30mm的要求。 </p><p>　　為解決沉降差異對主樓及車庫帶來的不利影響，工程設(shè)計(jì)時采取了以下措施: 1）本工程為中壓縮性土層，預(yù)估施工期間完成的沉降量為最終沉降量的30%,

18、即主體完成時主樓與車庫的沉降差為54.26x0.3-18.13x0.3=25.29mm。設(shè)計(jì)時采取在主樓周邊第一跨的車庫范圍內(nèi)設(shè)置沉降后澆帶，待主樓主體完成且沉降穩(wěn)定后封閉沉降后澆帶；2）考慮剩余沉降差雖然仍大于規(guī)范0.003*6100=18.30mm的要求，但相差較小，設(shè)計(jì)時采取沿主樓周邊設(shè)置扶壁柱，與車庫框架梁形成完整的框架體系，梁端配置因差異沉降增加的負(fù)彎矩筋來抵抗此不利影響。 </p><p>　　根據(jù)沉

19、降觀測資料顯示：本工程主體完成時的實(shí)際沉降量為21mm，為計(jì)算最終沉降量的38.7%，與預(yù)估值基本吻合。本工程目前已投入使用，主樓及車庫現(xiàn)狀完好。 </p><p>　　（三）大底盤多塔樓高層結(jié)構(gòu)的超長問題 </p><p>　　針對這種超長結(jié)構(gòu)，采取了如下措施：1、間隔30m~40m設(shè)置一道溫度后澆帶2、采用低強(qiáng)度混凝土（不超過C35）；采用低水化熱的水泥； 3、加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)等。本工程已

20、投入使用，未發(fā)現(xiàn)明顯的溫度裂縫，收到業(yè)主好評。 </p><p><b>　　四、學(xué)習(xí)體會 </b></p><p>　　高層建筑設(shè)計(jì)時，嵌固端的選擇是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個重要假定。嵌固端的正確選擇對結(jié)構(gòu)計(jì)算的真實(shí)性及準(zhǔn)確性有很大影響，而且關(guān)系到結(jié)構(gòu)局部的經(jīng)濟(jì)性。在地震作用下為保證結(jié)構(gòu)塑性鉸能在預(yù)期部位出現(xiàn)，建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前應(yīng)正確選擇結(jié)構(gòu)嵌固端所在的位置。同時為保證剪力墻

21、底部出現(xiàn)塑性鉸后具有足夠大的延性，塑性鉸區(qū)即“底部加強(qiáng)部位”的設(shè)計(jì)就成為整個建筑物設(shè)計(jì)的重中之重。 </p><p>　　此外，影響高層建筑設(shè)計(jì)的另一個重要因素是地基的變形。地基基礎(chǔ)變形過大，可能影響正常的生產(chǎn)或生活，給人們帶來安全隱患，影響人們的心理狀態(tài)。因此正確計(jì)算地基變形亦至關(guān)重要。其中影響地基變形計(jì)算的一個重要參數(shù)就是土層的壓縮模量。變形計(jì)算時，不應(yīng)一律采用固定壓力段下的壓縮模量值進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)采用實(shí)際壓力

22、段下的壓縮模量值進(jìn)行計(jì)算，只有這樣才能避免因壓縮模量取值不當(dāng)引起的沉降計(jì)算的誤差，使計(jì)算值更能真實(shí)反映實(shí)際變形情況。 </p><p>　　大底盤高層、超高層建筑越來越多，為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)“安全經(jīng)濟(jì)”的設(shè)計(jì)理念，是每個結(jié)構(gòu)工程師共同的責(zé)任。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2

23、010） </p><p>　　建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010） </p><p>　　建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2011） </p><p>　　北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則（結(jié)構(gòu)專業(yè)） </p><p>　　PKPM系列新規(guī)范設(shè)計(jì)軟件SATWE、JCCAD應(yīng)用指南（08版），中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所 <