建筑地基与地下室设计中常遇问题解析.

建筑地基与地下室设计中常遇问题解析主讲人：邱仓虎2010年04月设置地下室的作用1、减少地基的附加应力和沉降量2、有利于满足天然地基的承载力和上部结构的整体稳定性3、减少上部结构的地震反应，对抗震有利4、档土墙的被动土压力和摩檫力限制了基础的摆动，使基础底板压力的分布趋于平缓地下室结构的抗震设计地下室结构的抗震设计，除考虑上部结构地震作用以外，还应考虑地下室结构本身的地震作用，这部分地震作用与地下室埋深不同土质和基础转动有关。日本规范规定建筑结构埋置深度在20m以下可不考虑地震作用。我国2001抗震规范明确了在一定条件下考虑地震与结构相互作用，可考虑各楼层地震剪力的折减，对地下室结构的地震作用如何取值未作明确规定。因此一般埋置深度的地下室地震作用，可不考虑折减。当地下室层数较多以及地基产生零应力情况时，地下室部分的地震作用可考虑适当折减。一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响1.地下室顶板作为上部结构嵌固部位的条件（1）地下室顶板结构应为梁板体系，且该层楼面不得开大洞，楼面框架梁应有足够的抗弯刚度，地下室顶板部位的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际承接力之和。对于边柱和角柱，由于只有一面有梁，为满足该梁端截面受弯承载力不小于上柱下端实际受弯承载力的要求，可采用增大梁载面、或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除满足计算要求外，不应小于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍，地下室抗震墙的配筋不应少于地上一层抗震墙的配筋。一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响011100hAGhAGr（2）地下室结构布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载力，能将上部结构的地震作用传递到所有的地下室抗侧力构件上。为此，地下室顶板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，双层双向配筋，配筋率不小于0.25%。（3）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室本身的地震作用，可近似要求地下室结构的侧向刚度与上部结构侧向刚度之比不小于2，侧向刚度比可用下列剪切刚度比r估计（式中符号的含义见规范）：2.如不能满足上述1条款条件，则嵌固部位应取至地下二层顶板（有地下二层）或基础顶面（有一层地下室）。3.《抗震规范》6.1.3条规定，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级；依理相推，当地下二层顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下二层抗震等级应与上部结构相同，地下二层以下的抗震等级可依据具体情况采用三级或更低等级。一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响4.如地下二层顶板做为嵌固部位时，建筑物高度H应算至地下二层顶板。建筑高度与抗震等级有直接关系，见《高规》表6.1.2。5.抗震设防的剪力墙底部加强部位高度为墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值。加强部位高度指地面以上的，地下部分按规定延伸。6.室外地平至±0.000处的距离，对一层地下室或多层地下室均应小于第一层地下室层高h的1/3，否则，H的取值，应向下增加一层的高度（图1-1）。图1-1地下室一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响框架或框剪室外地平刚度较大之地下室HHH'±0.000±0.000±0.000室外地平室外地平框架或框剪筏基刚度较大之地下室一层地下室外墙为混凝土墙楼盖加强整体性且无大洞口H(a)(b)(c)7.当嵌固端由±0.000移至地下二层顶板时，考虑地下一层顶板对上部结构实际存在的嵌固作用（受地下室周边挡土墙及墙外填土影响），将地下一层顶板和地下二层顶板分别作为上部结构的嵌固端，进行相应的分析计算，并取不利值包络设计。此时，地下一层顶板厚可适当降低至160mm，梁可不满足嵌固部位的要求。8.对超高层建筑，宜做嵌固端移至基础顶面的补充计算，对结构取不利值进行包络设计。9.在坡地上建房，应最低边地面作为室外地面考虑有关基础埋深、房屋适用高度、抗震等级等，有侧向土压边应将土压力作为水平外荷载参与整体计算。一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响10.高层建筑的基础埋深，当按较低一侧地面计算不满足混凝土高规12.1.7.1条要求时，设计应验算整体结构抗倾覆指标需满足规范要求，并应对基槽回填土的压实系数提出要求等，加强周边土对基础的侧限约束。11.工程实例（1）深圳田厦国际中心（2）安徽广电新中心工程东区主楼一、高层建筑结构计算分析时嵌固部位的确定及对基础设计的影响二．多、高层主楼地下室及地下车库楼盖结构选型1.高层建筑地下室的层数取决于使用功能、地基情况和地区性。地下室楼盖当采用梁板式时，为满足机电管线通行、汽车库净高，对8.4m左右的柱网间距层高最少可3.6m；当采用无梁楼板加平托板柱帽时，对8.4m左右的柱网间距层高最少可取3.1m。二、多、高层主楼地下室及地下车库楼盖结构选型1.地下车库顶部有覆盖土层时，无梁楼盖的平托板柱帽为少影响有效空间可部分上反。2.楼盖结构的不同类型，与层高大小有直接关系，层高不同对基础埋深、内外墙高度、基坑护坡、土方多少、施工降水、工期等影响各不相同。二．多、高层主楼地下室及地下车库楼盖结构选型三．地下室外墙的计算与构造1.高层建筑一般都设有地下室，层数为1-4层不等。地下室外墙的厚度一般不小于300mm，混凝土强度等级取C30，为控制混凝土裂缝不应采用高强度；三、地下室外墙的计算与构造一．地下室外墙的计算与构造2、地下室外墙承受的荷载。水平荷载——侧向土压力、地下水压力、室外地面活载、人防等效静荷载；竖向荷载——上部及地下室结构的楼盖传重和自重；水压力：水位不急剧变化的水压力按永久荷载考虑；水位急剧变化的水压力按可变荷载考虑。土压力：计算钢筋混凝土侧墙受弯及受剪承载力时，土压力引起的效应为永久荷载效应。当考虑由可变荷载效应控制的组合时，土压力的荷载分项系数取1.2；当考虑由永久荷载效应控制的组合时，其荷载分项系数取1.35。3.《建筑结构荷载规范》（B50009—2001）表4.1.1中第8项的消防车荷载，系指消防车直接行驶于楼板上时，其轮压折合成等效均布荷载。当地下一层顶板之上有覆土或其它填充物时，消防车轮压应按照覆土厚度折合成等效荷载（见表3-1和表3-2），不应直接采用35KN/m２。绿化庭院荷载宜取10KN/m２。表3-1消防车（300KN级）轮压作用下单向板的等效均布荷载值/KN/m２板跨/m覆土厚度/m≤0.250.500.751.001.251.501.752.00≥2.50≥235.032.029.126.123.220.217.214.311.3三、地下室外墙的计算与构造表3-2消防车（300KN级）轮压作用下双向板的等效均布荷载值/KN/m２板各的短边跨度/m覆土厚度/m≤0.250.500.751.001.251.501.752.00≥2.502.035.032.029.126.123.220.217.214.311.32.533.130.427.724.922.219.516.814.011.33.031.328.826.323.821.318.816.313.811.33.529.427.124.922.620.318.115.813.611.34.027.525.523.521.419.417.415.413.311.34.525.623.822.020.318.516.714.913.111.35.023.822.220.619.117.516.014.412.911.35.521.920.619.217.916.615.314.012.611.3≥6.020.018.917.816.715.714.613.512.411.3三、地下室外墙的计算与构造4.地下车库顶部有较厚覆土时，顶板荷载即以恒载为主，此时荷载分项系数取由永久荷载效应控制组合的分项系数。5.计算地下室外墙的土压力时，当地下室施工采用大开挖方式、无护坡桩或连续墙支护时，地下室外墙承受的土压力宜取静止土压力，静止土压力系数K0，对一般固结土可取1-sinφ(φ—土的有效内摩擦角)，一般情况取0.5。6.地下室外墙截面设计中，竖向荷载及风荷载或地震作用产生的内力一般不起控制作用，墙体配筋主要由垂直于墙面的水平荷载产生的弯矩确定，而且通常不考虑与竖向荷载组合的压弯作用，仅按墙板弯曲计算墙的配筋。三、地下室外墙的计算与构造7.地下室外墙可按考虑塑性变形内力重分布计算弯矩，有利配筋构造及节省钢筋用量。考虑塑性变形内力重分布，只在受拉区混凝土可能出现弯曲裂缝，但由于裂缝较细微不会贯通整个截面厚度，对防水仍有足够抗渗能力。8.地下室外墙裂缝宽度按当地要求控制。《北京地基规范》，当地下室外墙外侧设有建筑防水层时，外墙最大裂缝宽度的限值可取0.4mm。供参考。9.地下室外墙可根据支承情况按双向板或单向板计算水平荷载作用下的弯矩。在工程设计中，一般按楼板和基础底板作为外墙板的支点按单向板(单跨、两跨或多跨)计算，在基础底板处按固端、顶板处按铰支座。三、地下室外墙的计算与构造10.地下室外墙与基础底板交接处，底板计算时在外墙端一般按铰支座考虑，底板上下钢筋端部没必要弯折，外墙外侧钢筋下端弯折后直段长度按其搭接与底板下钢筋相连，按此构造底板端部实际已具有与外墙固端弯矩同值的承载力。11.为控制温差和干缩引起的垂直裂缝，外墙水平分布筋直径宜细不宜粗，对一般墙体，配筋率应≥0.25%，钢筋间距不大于200mm；对超长外墙，配筋率应≥0.5%，钢筋间距不大于150mm。12.地下室外墙在与基础底板、楼板交接处不必设置暗梁。三、地下室外墙的计算与构造13.多、高层建筑地下室，底板基础之底板是否外挑，可按以下原则确定。（1）当地基土质较好，基底面积即使不外挑，也能满足承载力及沉降量之要求，当有柔性防水层（油毡类、涂料类时），底板不宜外挑。（2）其他条件同第一款，但无柔性防水层时，底板宜按构造外挑，外挑长度可取0.5～1.0m。（3）当地基土土质较差，承载力或沉降量不能满足设计要求时，可根据计算结果，将底板向外挑出。挑出长度大于1.50m～2.0m时，对于有梁伐基，应将梁一同挑出，以减少板内内力。对于无梁筏基，宜设置柱下平板柱帽。14.裙房或地下车库地下室的基础采用独立柱基抗水板时，外墙条形基础可与外墙外侧平并与抗水板整体分析。三、地下室外墙的计算与构造15.有窗井的地下室，窗井外墙是钢筋混凝土，并应有足够横隔墙与主体地下室外墙相连接。16.无上部结构柱相连的地下室外墙不宜设附壁桩，外墙附壁柱应按“T”形截面偏心受压计算。17.工程实例（1）北京中冠大厦（2）北京中国银行信息中心二期工程三、地下室外墙的计算与构造四．多高层建筑基础设计与构造1、基础选型考虑的因素四、多高层建筑基础设计与构造（1）《高规》（JGJ3-2002）12.1.1条规定，高层建筑的基础设计，应综合考虑建筑场地的地质状况及水位、上部结构类型、使用功能、施工条件以及相邻建筑的影响，以保证建筑物不发生过量沉降或倾斜，并能满足正常使用要求。还应注意了解邻近地下构筑物及各类地下设施的位置和标高，以确保基础的安全、施工中不发生问题。多层建筑的基础设计也应遵守此规定。四、多高层建筑基础设计与构造（2）在与现有建筑相邻较近的区域新建多高层房屋时，必须考虑新建房屋的基础下沉对现有建筑产生不均匀沉降的影响，应采取有效措施。例如加强基坑支护设计，控制新建房屋基坑周边稳定；采用复全地基或桩基等，控制新建房屋基础沉降与现有建筑基础间差异沉降在规范范围内。（3）多高层建筑应选用整体性好、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，达到安全实用和经济合理的目的。根据上部结构类型、层数、荷载及地基承载力，可采用条形交叉梁、满堂筏板或箱形基础。筏板基础可以是梁板式和平板式，当建筑物层数较多，地下