帶裙房高層建筑的基礎選擇分析

孔 鵬

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

帶裙房高層建筑的基礎選擇分析

孔 鵬

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

探討了現代高層建筑中主樓與地下車庫或者其裙房之間的基礎設計中要考慮的若干問題，例如有無必要設置變形縫(沉降縫、伸縮縫)、抗震縫；不設變形縫時基礎的沉降差值如何解決；結構超長因溫度應力引起的開裂是否需要設置伸縮縫等問題，并通過幾種方案分析討論了遇到類似情況時解決各種問題的措施，以供參考。

沉降差異，沉降縫，伸縮縫，后澆帶，裂縫，抗震縫

1 概述

近些年來在一些綜合樓、大型酒店商場、高層住宅、辦公大廈中，因建筑外立面效果、使用功能、甲方要求等等各方面的要求,不少工程在高層主體的相鄰一側或多側設有層數不高的裙房或者地下車庫，用作商鋪、物業(yè)、飯店等公共性用房，還有些高層主體旁邊不設置裙房,僅有地下停車庫與主樓地下室連接，以及地下車庫的長度普遍超過了規(guī)范規(guī)定的伸縮縫最大設置距離。這些工程在結構設計中必須考慮的主要問題有：高層主樓與裙房或地下車庫有無必要設置沉降縫，設置沉降縫時設備管線如何設置和施工，建筑的防水怎樣處理，雙墻雙柱是否引起工程造價的提高，不經濟；若不設縫時，基礎的沉降差異如何解決；超長結構如何減少溫度應力引起的開裂等問題。

2 處理高層主樓與裙房或地下車庫基礎沉降差

2.1 主體與裙房斷開在相鄰處設置沉降縫

《建筑抗震設計規(guī)范》3.4.2條中要求，建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜優(yōu)先選用規(guī)則的形體，其抗側力構件的平面布置宜規(guī)則對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化，避免側向剛度和承載力突變。不規(guī)則建筑可設置變形縫或抗震縫將建筑分成若干個規(guī)則的結構單元。按《建筑地基基礎設計規(guī)范》7.3.1條中要求，在滿足使用和其他要求的前提下，建筑體型應力求簡單，當建筑的體型比較復雜時，宜根據其高度差異、荷載差異、地基土的壓縮性明顯區(qū)別、建筑結構基礎類型不同、平面形狀不規(guī)則和分期建造等情況，在適當的部位用沉降縫將其劃分成幾個剛度較好的單元。按上述規(guī)范要求，許多高低建筑之間需要設置變形縫。

以前，我國的房屋建筑設計中遵循有關規(guī)范規(guī)定，對一些高層建筑主體與裙房或地下車庫之間設置了沉降縫并留有足夠的縫寬。設計中根據可能產生的不均勻沉降對各建筑物組成部分的標高采用了一些措施：

1)室內地坪和地下設施的標高根據預估量給予提高，各部分有聯(lián)系時將沉降量較大的部分標高提高希望后期沉降后找平。

2)建筑物與設備之間留設凈空高度。此類建筑在施工階段進行沉降觀測地基變形曲線未出現突變、基本保持連續(xù)，表明了該做法的可行性。應注意高層建筑的基礎和與其相連的裙房的基礎設置沉降縫時，需考慮高層主體基礎有可靠的側向約束及有效埋深。

2.2 主體與裙房連接為一體相鄰處不設置沉降縫

如果高層主體與裙房之間設置沉降縫，因沉降縫需留設一定的寬度，這樣造成某些要求較高的建筑外立面效果的破壞，帶來室內外裝修處理的不少困難，還可能對電氣管線、采暖通風管道等設置帶來不便，甚至建筑的防水難以保證工程質量，以及雙墻雙柱又額外提高了工程造價等等。因此，現在較多采用把地下部分連接成整體，不再設置沉降縫，地上建筑根據具體情況考慮是否設置沉降縫。

高層主體與裙房或地下車庫的基礎連接成整體時，該連接部位為建筑薄弱部位，在長期重力荷載作用下基礎相互間的差異沉降和應力集中是結構設計中需要考慮的非常重要的問題，不僅關系到工程造價，而且關系到建筑物的正常使用及結構的安全性能?！陡邔咏ㄖ炷两Y構技術規(guī)程》12.1.9中就明確規(guī)定，當高層建筑的基礎和與其相連的裙房基礎不設沉降縫時，應采取有效的措施以減少差異沉降及其影響?！兜鼗A設計規(guī)范》7.4.1條中：為減少建筑物的不均勻沉降可調整建筑各部分的基礎寬度、類型及埋置深度。設計中主樓與裙房應協(xié)調處理，保證將沉降差異控制在規(guī)范允許范圍之內，且采取一定措施使沉降差異不出現或少出現裂縫。常用處理方式有以下幾種做法：

1)高層主體選用輕型結構，減輕墻體自重，采用架空地板代替室內填土。

2)對沉降要求嚴格時可選用補償式基礎以減少主體附加壓力，比如主樓采用箱形基礎或樁箱基礎，裙房或地下車庫選用條形基礎或柱下獨立基礎加防水板的形式。

3)提高主樓范圍地基承載力，減小主樓沉降量，如主樓采用樁基或復合地基，裙房采用天然地基?；蛘邔⒅鳂堑幕A埋深設置在承載力較高的土層，裙房基礎設置在承載力較低的土層，或者將兩者持力層同時設置在剛度極大的土層上。

4)在地基承載力接近的情況下，主樓和裙房采用不同的基礎形式，調整各自的基底反力，如主樓采用筏板，裙房采用條基等；主樓與裙房或地下車庫可能同時采用樁基，按地基變形或承載力確定各自的樁長、樁距和樁徑，以達到調節(jié)沉降差異的目標。

5)當裙房范圍較小，且建筑持力層在卵石層這類剛度及承載力極高的土層時，主樓和裙房的沉降都很小，可整體設計一剛度很大的基礎，整體調節(jié)其沉降，但應增加連接處的剛度。

6)在主樓與裙房之間設后澆帶，待主樓結構沉降穩(wěn)定或施工完畢后再澆混凝土。后澆帶設置在裙房一側，位置選擇在基礎梁板內力較小位置(如規(guī)范中建議的隔一跨設置)，寬度可以取800 mm～1 000 mm，施工后澆帶時采用高一強度的無收縮混凝土進行澆灌。其主要功能有兩方面：a.施工期間消除相互基礎間的不均勻沉降；b.施工期間釋放混凝土硬化過程中的收縮應力，起施工縫的作用。

上述這些處理方式中，基本的原理和目標是一致的，都是減小主樓沉降，加大裙房的沉降，最終縮小兩者的沉降差。這類處理方式上部結構均應在主樓與裙房連接處設置后澆帶，且連接構件可采用適應一定沉降差的結構構造。另外裙房在與主樓連接的一跨梁線剛度應盡量小，關鍵在于在保證防水要求的前提下盡可能提高連接處的柔性，使之有足夠的變形能力又不使薄弱部位發(fā)生轉移，且可承受后期可能產生的沉降差。

實際工程應用，位于北京的金地花園主樓采用復合地基加筏板基礎，地下車庫采用天然地基加柱下獨立基礎，經常年實測并考慮后期沉降計算能滿足設計要求；位于山西太原的汾酒大廈，設計塔樓與地下車庫連接為一整體，為了減少沉降差就綜合考慮了上述分析中的一些方法，計算雖有不均勻沉降，但是沉降曲線連續(xù)且平緩。不設置沉降縫的方法在現在的設計中較為多見。

需明確不同情況具體考慮，但遇到天然地基土的壓縮性不大，裙房或地下車庫的基底附加壓力很小甚至是負數的情況下基礎的沉降仍需考慮不可忽略。

3 長度較大的建筑物

根據《混凝土結構設計規(guī)范》，地下結構伸縮縫最大間距為30 m。地下室結構長度經常會碰到超過規(guī)范要求的情況，設計中首要考慮的問題是控制基礎及外墻的開裂。開裂不可避免但應滿足功能使用及規(guī)范的要求，以往的工程表明，結構開裂與許多的因素有關，是否設置變形縫并不是判斷出現裂縫的唯一標準，按要求留設變形縫不一定不裂，不設變形縫也不一定就開裂。為控制裂縫的產生可采取下面的一些措施：

1)混凝土中添加膨脹劑，利用膨脹劑的補償收縮功能減少裂縫的產生；2)設置后澆帶，減小混凝土的收縮應力；3)在滿足防水和承載力的前提條件下，降低混凝土的強度等級，控制材料配比，加強混凝土的養(yǎng)護；4)厚度較大的基礎，混凝土可采用分層澆筑等等措施。

4 體型復雜建筑物抗震縫的設置

體型復雜、平立面不規(guī)則的建筑物，應根據地基基礎條件、不規(guī)則程度和技術等因素比較分析來確定是否需要設置防震縫。當在適當部位設置防震縫，可形成多個較規(guī)則的結構單元，抗震計算模型簡單，受力分析明確，容易估計其地震作用和采取抗震措施。當不設置防震縫時，應采用符合實際的計算模型，分析判斷其變形集中、應力集中，而且需仔細估計地震扭轉效應等導致的不利影響，采取相應的加強措施。體型復雜的建筑并不一概提倡設置抗震縫，雖然歷來有不同的觀點，但總體傾向是：可設縫、可不設縫時，不設縫。

綜上所述，高層主體與裙房基礎的設計應協(xié)調考慮，把握基本的設計原則，采用現場可靠的地質資料與試驗數據對建筑物差異沉降的準確判斷，合理的計算模型分析，是解決這類問題的關鍵?？傊@是一個綜合的技術經濟問題，應周密加以考慮，并精心施工與觀測。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設計規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[3] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[4] JGJ 79—2012，建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[5] 李國勝，李軍軍.高層主樓與裙房或地下車庫之間的基礎設計[A].第十八屆全國高層建筑結構學術會議論文[C].2004.

Analysis on foundation selection of high-rise building with podium

Kong Peng

(ShanxiArchitecturalDesignandResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

This paper discussed the some issues to consider of the foundation design of main building and underground garage or between the podium in modern high-rise building, for example any necessary setting deformation joint (settlement joint and expansion joint), seismic joint, how to solve the foundation settlement difference when not setting deformation joint, any necessary expansion joint and other problems caused by super-long structure temperature stress, and through several schemes analyzed and discussed the measures of all kinds of problems of similar situations, for reference.

settlement difference, settlement joint, expansion joint, post-pouring belt, crack, seismic joint

2015-08-20

孔 鵬(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)31-0081-03

TU473

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