建筑大底盘地下室多塔结构设计分析

建筑大底盘地下室多塔结构设计分析

发表时间：2018-10-25T16:53:40.890Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第15期作者：张巧红[导读] 大底盘多塔楼建筑和传统建筑比较，大底盘多塔楼建筑在地下室的整体连通方面具有很大优势。

深圳机械院建筑设计有限公司摘要：随着我国建筑结构形式的多样化及复杂化，多塔楼建筑结构形式由于具有抗震性能强、容积率高等优点，可以将建筑功能充分发挥，因此，大底盘多塔结构在高层建筑工程中得到广泛应用。本文根据某改造项目为例，根据大底盘地下室结构所存在的施工条件，论述结构设计要点，供同行借鉴参考。

关键词：建筑工程；大底盘；地下室；结构设计

前言

大底盘多塔楼建筑和传统建筑比较，大底盘多塔楼建筑在地下室的整体连通方面具有很大优势，当然在实际设计过程中所需要考虑的影响因素及技术问题也比较多，如抗浮、抗震、抗裂、地下室沉降等问题，这就考验结构设计人员在实际设计中的水平。

一、工程概况

某工程总建筑面积102675.25平方米，地上建筑面积83410.04平方米，地下建筑面积19265.21平方米。该项目的地下室设计采用大底盘多塔地下室结构形式，将6#、9# 高层住宅与 14# 地下车库相连（见图 1），3#、4# 高层住宅与15# 地下车库相连，各楼的嵌固端设置在地下室车库顶板处。

图1 结构整体模型简图

二、不均匀沉降设计策略

（一）常见设计策略不均匀沉降问题在大底盘多塔地下室结构设计中是较为常见的问题，这种技术问题一般都是采取以下设计策略来控制：①在主楼与地下室大底盘之间设置沉降后浇带，在主楼封顶完成大部分沉降，再进行后浇带施工便可规避沉降不均；②沉降缝。也可在地下室大底盘与高层建筑之间设置沉降缝，避免相互之间造成影响，保证各部分沉降的自由性，尽最大程度降低不均匀沉降对建筑物的危害；③端承桩。沿海地区的高层建筑中，多会设置端承桩来控制不均匀沉降，即是指在稳定的砂卵石或岩层上设置桩端，从而保证地基承载力，控制沉降。

（二）实例分析该工程具有几个特点：①塔楼高度较高，位置、层数繁多，要求地基能承受极大的负载能力；②大底盘高度较低，位置、层数较少，对地基要求的承受负载能力较小。大底盘与塔楼结合，由于其特点不同，容易引起地基不均匀沉降问题。对于本次设计中面临的不均匀沉降问题，采取如下设计策略加以控制优化，利用工程相关图纸、设计参数等对可能发生的不均匀沉降量进行合理计算（计算时注意考虑基坑开挖后坑底的土反弹量与基础的补偿作用），根据计算结果制定解决措施。譬如：“抗”或“放，“抗”是在施工过程中后续增加钢筋进行加强，来有效地提高建筑抗剪力，防止不均匀沉降产生的不利后果。“放”是指在高层住宅楼周围设置沉降后浇带，观察主楼与地下室的沉降值与沉降差，待主楼封顶完成大部分沉降后再对沉降后浇带实行封闭策略，此方法中，只需增加少量的钢筋。

三、抗浮设计策略

（一）常见设计策略对于大底盘地下室结构设计中常见的抗浮问题，通常会采用设置抗浮桩、提高基坑坑底标高、设置宽扁梁楼盖等设计策略予以解决。（1）若对大底盘多塔楼建筑工程所在地水文地质情况有充分、全面的了解，并经过科学、精确的计算，便可采用抗浮桩设计策略。（2）若是工程施工条件允许，可以尽量提高基坑坑底的标高，从而起到降低水浮力的作用。在目前建筑工程中，常用的基础底板形式有平板式筏板与梁板式筏板两种，在基顶标高相同的情况下，梁板式筏板的基础埋深要大于平板式筏板，水浮力也相应较高，所以可优先选择平板式筏板基础。（3）通常情况下，宽扁梁楼盖的高度约为跨度1/16 ～ 1/22，结合大跨度厚板结构，便能取消次梁，如此便能利用宽扁梁楼盖来降低地下结构层高，最终起到降低水浮力的目的。

（二）实例分析本次工程中，地下水位高水位埋深为0.50米，属于较高水位，在综合考虑到降低水浮力、抗沉降等诸多因素后，决定选择增加顶板压重 + 设置抗浮桩的设计策略。即指在实际施工中，配合绿化工程以增加顶板的覆土，同时针对抗浮不足部分设置抗浮桩。

四、抗震设计策略

（一）工程抗震计算依据本工程为大底盘地下室多塔建筑，地下室的合理设计对建筑物的整体抗震性能有着十分重要的影响，因此需对大底盘地下室结构的构件进行一些加强的构造措施。在进行抗震计算分析时，按整体模型和各塔楼分开的离散模型分别计算，并采用较不利的结果进行结构设计。整体模型就是将各塔楼和大底盘作为一个整体结构计算分析，离散模型就是切分大底盘，将各个塔分成完全独立的单塔结构分别计算分析。

本工程主体结构的小震及风荷载作用下的弹性整体计算分析，我们采用多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 SATWE（软件由中国建筑学研究院工程部所编制）进行分析。基本假定及主要参数的取值如下所示：1）基于平扭耦联计算结构的扭转效应考虑；控制振型数使振型参与质量不小于总质量的90％；共采用24个振型组合。2）层间位移、层侧向刚度比和位移比的计算，是采用刚性楼板的假定。3）主要参数取值如下：需考虑到偶然偏心；本次工程中周期折减系数取0.95；中梁刚度增大系数取2.0，连梁刚度折减系数0.7。4）地下室的约束考虑：本次工程共有1层地下室，深约6.2米，考虑到地下室对上部塔楼的影响，在整体计算时需要输入地下室相关参数。（二）静力计算结果

1.自振周期及第一扭转平动周期比：图表中相关数据的分析可见，以扭转为主的第一周期与以平动为主的第一周期两者间比值≤0.9，这一比值，是能够满足《高层建筑混凝土结构设计技术规程》中第3.4.5条对于自振周期及第一扭转平动周期比的相关要求。6#、9# 楼单塔模型自振周期及周期比分别见表1，各控制参数见表2所示。

2.在本工程中，刚重比大于1.4且大于2.7，满足《高层建筑混凝土结构设计技术规程》中第5.4.4条对结构稳定性的要求，不需要考虑重力二阶效应作用。

五、抗裂设计

本次大底盘地下室工程的长度为113米，在实际施工中超长构件很容易出现裂缝等问题，因此还需提高对超长构件裂缝问题的重视，保证构件的抗裂性能良好。在本大底盘地下室工程中，我们为了有效提高地下室超长构件的抗裂性能，主要是采取了如下几点设计策略：其一，合理加强梁板的纵向钢筋，进而使钢筋的配筋量得到加大，促进抗裂效果；其二，在地下室混凝土施工时，在浇筑混凝土环节添加微膨胀剂，以此来补偿砼收缩，减少收缩裂缝的产生；其三，在地下室砼板、外墙部位设置后浇带，以此减少裂缝；其四，在未设置或无法设置后浇带的超长构件部位，设置膨胀加强带，以保证构件的抗裂性能。

六、结束语

大底盘地下室要按照安全可靠、经济合理的原则进行设计。合理的选择计算模型，正确地计算多塔结构的受力是设计的关键。做到对地下室裂缝的控制、抗浮问题的优化设计，更好地避免质量问题的发生。基础设计要根据上部结构特点合理选择基础形式。在设计时，不仅要考虑到力学计算的简便，还需考虑到基础施工难度及工程造价。总之，大底盘地下室所涉及的问题较多，设计人员在把握总体方案的同时，逐步完善细节上的处理。

参考文献

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