高层建筑地下室与基础设计

高层建筑结构地下室和基础设计应注意的问题摘要：高层建筑地下室与基础设计远比一般建筑更复杂，它具有荷载大、埋置深及沉降计算要求严的特点，在高水位情况下还需进行基础抗浮验算。在选择基础形式时与建筑物的使用性质、上部结构类型、地质情况、抗震性能、对周围建筑物的影响及施工条件等有密切的关系。因此，对高层建筑结构的地下室和基础设计应引起设计者的高度重视。

关键词：高层建筑结构地下室高层基础抗震性能抗浮验算

高层建筑宜设地下室，其基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况、上部结构的类型、施工条件、使用要求，确保建筑物不致发生过量沉降或倾斜，满足建筑物正常使用要求；还应注意与相邻建筑的相互影响，了解邻近地下构筑物及各项地下设施的位置和标高，确保安全。

在地震区，高层建筑宜避开对抗震不利的地段；否则应采取可靠措施，使建筑物在地震时不致由于低级失效而破坏，或者产生过量下沉或倾斜。

基础设计需要降低地下水位的，还应注意降水的时间要求，以免停止降水后，水位上升使建筑物发生上浮等问题。

高层建筑应采用整体性好、能满足地基承载力和建筑物容许变形要求并能调节不均匀沉降的基础形式；宜采用筏板基础或带柱基的筏板基础，必要时可采用箱形基础。当地质条件好且能满足地基承载力和变形要求时，也可采用交叉梁式基础或其他基础形式；当地基承载力或变形不满足设计要求时，可采用桩基或复合地基。

高层建筑高宽比大于4的建筑，基础底面不宜出行零应力区；高宽比不大于4的高层建筑，基础底面与地基之间零应力区面积不应超过基础底面面积的15%。计算时，质量偏心较大的裙楼与主楼可分开考虑。

基础应有一定的埋置深度。在确定埋置深度时，应综合考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素。埋置深度可从室外地坪算至基础底面，并宜符合下列要求：

1. 天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；

2.桩基础，可取房屋高度的1/18（桩长不计在内）。

当建筑物采用岩石地基或采取有效措施时，在满足地基承载力、稳定性要求前提下，基础埋深可比规定适当放松。地基可能产生滑移时，应采取有效的抗滑移措施。

高层建筑的基础和与其相连的裙房的基础，设置沉降缝时，应考虑高层主楼基础有可靠的侧向约束及有效埋深；不设沉降缝时，应采取有效措施减少差异沉降及其影响。

高层建筑基础的混凝土强度等级不宜低于C30。当有防水要求时，混凝土抗渗等级应根据工程埋置深度满足《地下工程防水技术规程》GB50108-2008相关要求，必要时可设置架空排水层。

抗震设计时，基础宜沿两个主轴方向设置基础系梁，剪力墙基础应具有良好的抗转动能力。

1 地下室设计应注意的问题

1.1高层建筑宜设地下室，其地下室顶盖作为上部结构的嵌固端时，地下室顶板应避免开设大洞口；地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合设计要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面同一方向实配的受

弯承载力与下柱上端同一方向实配的受弯承载力之和，不应小于上柱下端实配的受弯承载力的1.3倍。地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应小于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。

1.2高层建筑地下室设计，应综合考虑上部荷载、岩土侧压力及地下水的不利作用影响。地下水位标高应综合历年最高水位和使用年限内可能的最高水位慎重选择确定。扩大地下室尚应满足整体抗浮要求，可采取降排水、加配重或抗拔锚桩（杆）等措施。

1.3高层建筑地下室不宜设置变形缝，当超过伸缩缝最大间距时，可每隔30m～40m 设置贯通顶板、底部及墙板的施工后浇带，带宽不宜小于800mm；后浇带可设置在柱距三等分的中间范围内以及剪力墙附近，其方向宜与梁正交，沿竖向应在结构同跨内；底板及外墙的后浇带宜增设附加防水层；后浇带浇灌时间宜滞后2个月以上，其混凝土强度等级应提高一级，并宜采用无收缩混凝土，低温入模。

1.4高层建筑主体结构厚底板与扩大地下室薄底板交界处应力较为集中，该过渡区适当予以加强是十分必要的，所以该处截面厚度和配筋应适当加强。。

1.5按新规范要求高层建筑地下室外墙设计应满足水土压力及地面荷载测压作用下承载力要求，其竖向和水平贯通分布钢筋的配筋率不宜小于0.3%、间距不宜大于150mm。高层建筑地下室外周回填土应采用级配砂石、砂土或灰土，并应分层夯实，压实系数不应小于0.94。

提高和控制高层建筑地下室周边回填土质量，对室外地面建筑工程质量及地下室嵌固、抗震，抗倾覆均较为有利。

1.6有窗井的地下室，应在窗井内部设置分隔墙，且分隔墙宜与地下室内墙连通成整体。

2 基础设计应注意的问题

2.1目前国内高层建筑基础设计较多为直接采用电算程序得到的各种荷载效应的标准组合和同一地基或桩基承载力特征进行设计，风荷载和地震作用主要引起高层建筑边角竖向结构较大轴力，将此短期作用与永久作用同等对待，加大了边角竖向结构的基础，相应重力荷载长期作用下中部竖向结构基础未得以增强，导致某些高层建筑出现地下室底部横向墙体八字裂缝典型盆式差异沉降现象。建议重力荷载与风荷载组合时，承载力特征值可适当提高1.1～1.2倍，重力荷载与地震作用组合时，承载力特征值可按现行《建筑抗震设计规范》予以提高。因此，高层建筑基础设计应以减小长期中立荷载作用下地基变形、差异变形为主，计算地基变形时，传至基础地面的荷载效应采用正常使用的极限状态下荷载效应的准永久组合，不计入风荷载和地震作用。按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面的荷载效应采用正常使用状态下荷载效应的标准组合。

2.2 参照重庆、深圳、厦门及国外工程实践经验，高层建筑结构基础嵌岩时，宜在基础周边及底面设置砂质或其他材质褥垫层，垫层厚度可取50～100mm，不宜采用肥槽填充混凝土做法。

2.3筏板基础的平面尺寸应根据地基土的承载力、上部结构的布置及其荷载的分布等因素确定，可取消偏心距计算。

2.4平板式筏基的板厚可根据受冲切承载力计算确定，尚应考虑不平衡弯矩作用在冲切面上的附加剪力，板厚不宜小于400mm。切冲计算时，应考虑作用在冲切临界截面重心上的不平衡弯矩所产生的附加剪力。

2.5当地基比较均匀、上部结构刚度较好，上部结构柱间距及柱荷载的变化不超过20%时，高层建筑的筏板基础可仅考虑局部弯曲作用，按倒楼盖法计算时地基反力可视为均布，其值应扣除底板及其地面自重，并可仅考虑局部弯曲作用。当地基、上部结构刚度较差，或柱荷载及柱间距变化较大时，筏板内力宜按弹性地基板分析。当不符合上述条件时，宜按弹