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【构造设计论文】开敞地下室高层构造设计浅析摘要：随着当代城市建设规模的扩张，高层建筑屡见不鲜，建设场地标高复杂化现象也愈发普遍。为避免深挖高填，场地竖向标高设计时将尽可能契合现状地面标高，因而可能出现地下室周圈室外覆土面标高不同的情况。如一侧室外地面标高同顶板覆土面，另一侧室外地面标高同底板面，上述情况将大大影响高层的构造设计。本文通过对此类高层整体受力及稳定性计算进行分析，介绍了上部构造及基础设计所采取的措施，可为类似项目提供参考。关键词：高层构造；敞开地下室；基础无埋深；地基整体稳定性1工程大概情况本项目位于福清市海口镇则徐大道南侧，305省道东侧，由7栋分别为2833层的高层住宅组成，下设一层局部两层地下室。拟建场地属于丘陵坡地地貌，地势北高南低，西高东低。因场地标高变化急剧，方案设计为避免深挖高填，南侧地下室底板标高已大致与室外地面标高持平。2设计条件及待解决问题2.1设计基本条件根据（建筑构造可靠性设计统一标准）的规定，本工程设计基准期为50年，构造的设计使用年限为50年，建筑构造安全等级为二级。根据（中国地震动参数区划图）的规定，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第三组，建筑物场地类别为类。根据（建筑抗震设防分类标准）的规定，本工程抗震设防类别为标准设防类丙类。基本风压：WO=0.80kN/m250年一遇；地面粗糙度C类，风荷载体型系数根据（高规）附录计算取1.34。根据地勘资料，场地土层揭示如下：1杂填土；2粉质黏土；3全风化凝灰熔岩；4砂土状强风化凝灰熔岩；5碎块状强风化凝灰熔岩；6中风化凝灰熔岩。高层基础采用旋挖灌注桩，持力层取中风化凝灰熔岩。2.2构造设计所存在问题本项目因地下室南向全敞开，与通常情况下全埋地下室有所区别，所带来问题如下。1上部构造设计时，地下室能否需定义为裙房，即本项目能否属于带大底盘多塔构造。2基础设计时，主楼基础面标高同现有室外地面标高，埋深不知足建筑地基基础设计规范的要求：在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度不计桩长不宜小于建筑物高度的1/18。3上部构造受力分析及设计3.1受力分析首先，当高层建筑带裙房时，因受建筑条件限制，塔楼构造质心与底盘构造质心普遍存在偏心，在水平力作用下，构造容易产生较为复杂的扭转振动。其次，与常规全埋地下室侧墙四面围合有所不同，非全埋地下室侧墙往往出现单侧或两侧无侧墙的情况，此现象将进一步造成地下室刚度中心与质量中心偏离，加剧扭转效应。再者，地下室一般为框架构造体系主楼范围外，柱位少而疏；上部高层一般为剪力墙构造，剪力墙多而密，二者之间抗侧刚度存在显著差异。上述多种因素下，带敞开地下室的高层构造在水平力作用下，无侧墙一侧的地下室远端将存在明显的扭转效应。对此，为削弱此类构造的扭转效应，可沿地下室开敞一侧人为增设钢筋混凝土外墙，使地下室四周侧墙围合，构成侧向刚度很大的构造体系。在水平力作用下，此地下室侧向变形将趋近于零，地下室远端的扭转效应将被大大削弱。分别取地下室侧墙不围合与围合两种模型计算，其结果比照如图1、图2。侧墙不围合时，一层最大层间位移角分别为：X向地震工况下为1/2961；Y向地震工况下为1/9999，X向风荷载工况下：1/3291，Y向风荷载工况下：1/7001侧墙围合时，一层最大层间位移角分别为:X向地震工况下为1/9999；Y向地震工况下为1/9999，X向风荷载工况下：1/9999，Y向风荷载工况下：1/9999。侧墙不闭合时，一层最大位移比及最大层间位移比均为1.41，侧墙围合时，一层最大位移比及最大层间位移比均为1.13。故在采取此措施后，此类地下室可以为与普通全埋地下室并无太大差异，不属于主体构造的裙房，上部构造亦不属于多塔构造。3.2上部高层包络设计及构造加强措施1敞开地下室虽人为增设侧墙封闭，但由于室外无覆土约束，上部单体构造应偏于安全按无地下室进行设计，计算高度取至地下室底板面。2上部单体虽按嵌固于基础面设计，但地下室顶板的实际约束作用不可忽略，需另按嵌固于地下室顶板面进行包络设计。3当地下室顶板不可避免存在高差变化时，为保证顶板位置水平力传递途径的连续有效，顶板高低差处均采取加腋措施，防止顶板构成错层构造，造成传力途径中断。4基础受力分析及设计4.1基础形式选取根据地勘报告，本工程采用旋挖灌注桩基础，桩身直径900mm，持力层取为中风化凝灰熔岩，桩长约20m，桩身混凝土强度采用水下C35，桩身配筋取14根20，桩身配筋率约为0.69%。4.2基础受力分析根据（建筑地基基础设计规范）GB50072020第5.1.3条，“高层建筑基础的埋置深度应知足地基承载力、变形和稳定性要求。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应知足抗滑稳定性的要求。（建筑地基基础设计规范）GB50072020第5.1.3条条文讲明，“根据相关工程实践经历和科研成果，在考虑了地震作用和地基的种种不利因素，并采用圆弧滑动面法进行分析后可知，高层建筑地基整体稳定安全系数随基础埋深增加而提高。规范关于基础埋深的相关规定，旨在保证建筑地基整体稳定性。考虑到建筑抗震设计规范中，建筑物抗震设防以“三个水准作为设防目的，即实现建筑物“小震不坏、中震可修、大震不倒为最终目的，结合地基基础设计规范及抗震设计规范，当建筑物基础无埋深时，若建筑物基础在小震及大震工况下，均能知足抗倾覆、抗滑移的稳定性验算，则以为该基础设计知足建筑地基整体稳定性要求，并符合抗震设计关于建筑物“三个水准的抗震设防目的。因地下室非全埋，无室外覆土约束，在水平力作用下，基底弯矩及剪力将直接由基桩承受。基底弯矩作用下，群桩一侧受拉，一侧受压；剪力作用下，基桩在承台作用下共同受剪。基础力学模型简化如图3。因而小震及大震工况下，若基桩均能承受相应工况下的产生的最大水平剪力、拉力、以及压力，则以为该基础设计可知足相关规范的要求。4.3基础验算本文暂以大震工况下基础受力验算进行分析。4.3.1基桩受压验算根据（建筑桩基技术规范）JGJ942020，桩身抗压强度：NcfcAps+0.9fyAS考虑大震工况，fc取fck，fy取fyk，不考虑钢筋折减系数，成桩工艺系数c取0.8，则桩身抗压强度标准值：N0.8×23.4×635850+4396×400=13661kN经计算，大震工况下基桩最大压力图如图4。基桩最大压力约为12700kN，小于桩身抗压强度，大震工况下基桩受压验算知足要求。4.3.2基桩受拉验算不考虑混凝土抗拉强度，根据桩基规范，单桩抗拉强度标准值即为桩身钢筋抗拉强度标准值，NtfykAS=400×4396=1758kN。经计算，大震工况下基桩最大拉力图如图5。基桩最大拉力约为1100kN，小于桩身抗拉强度标准值，大震工况下基桩受拉验算知足要求。4.3.3基桩抗剪验算根据桩基规范，对于桩身配筋率g0.65%的灌注桩，可按下列公式计算单桩水平承载力特征值：Rh0.75×3EI/xoa其中：d0d-2cEEs/EcW0dd2+2E-1g·d02/32EI0.85EcI0b00.91.5d+0.5m·b0/RI1/5计算可得：Rh=626kN则地震作用时，桩基水平承载力：RhaE1.25Rha783.3kN单桩水平承载力特征值取350kN进行计算。经计算，大震工况下基底剪力：Vx=21493kNVy=29612kN设计总桩数为65根，桩基整体抗剪承载力标准值为：65×350×2=45500kN大震工况下基桩抗剪承载力验算知足要求。综上，大震工况下，该基础设计知足地基与基础设计规范中关于整体稳定性的要求。虽本项目高层建筑因没有埋置深度，对其抗震性及整体稳定性产生一定的不利影响，但经合理的构造设计及采取必要的加强措施后，此类建筑亦能知足相应的安全性及抗震性，实际设计中采取的详细措施如下：1人为增设地下室侧墙并使之围合，减小开敞地下室的不利影响；2通过对大震工况下的桩基计算，保证其基础整体稳定性；3加强顶板、底板的厚度及配筋率，并对顶板、底板高低差位置进行加腋处理。