浅谈带局部临空地下室的结构设计

谢建成

（时代建筑设计院（福建）有限公司）

随着近年来我国房地产行业的飞速发展，城市中心用地形势日益严峻。为了保护现有耕地的数量，很多地方政府批规用地为山坡土地，致使带局部临空的地下室建筑如雨后春笋般出现。因此，这就要求我们设计人员在方案设计阶段，对各方进行沟通协调，深入了解每个建筑物的特征，消除地形对结构设计的不利影响，利用地形的有利因素，选择最优化最合理的结构设计模型。下面就结合实例谈谈带局部临空地下室的结构设计。

1 结合实例谈谈局部临空地下室的结构设计

1.1 工程概况

实例一：

该项目位于宁德市屏南县西侧，南靠翠屏公园。由1#楼（17F）和2#楼（8F）组成,结合场地标高下设一～两层地下室。总建筑面积21587.82 m2。拟建物抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为6 度； 地下室正负零标高850.00（黄海高程），西侧及南侧红线外靠市政小山坡，小区内该位置建筑标高为852.4～849.0（由西向东），北侧规划道路标高从849.95～842.815（由西向东），因场地标高比较复杂，不能按常规的地下室结构设计。

实例二：

该项目位于宁德市闽东西路以东，继光路以北。上部设计两栋17 层～18 层高层住宅、两栋11 层高层住宅；下设两层连体地下室，沿街结合地形布置商业及社区配套用房。拟建物抗震设防类别为标准设防类，抗震设防烈度为6 度；地下室正负零标高50.95（黄海高程），南侧室外标高50.80，北侧室外标高从40.95～42.30（由西向东），西侧室外标高41.30，东侧室外标高从50.80～43.30（由南向北），场地标高相当复杂。

1.2 结构设计的模型选用

从以上两个实例可以看出，他们均非正常的地下室（四周均有土），或一面临空，或二～三面临空，这种带局部临空的地下室虽然最大限度的利用了地形，但是因其存在临空面，给结构设计带了一定的难度，这时是否按有地下室的建模，是设计的重点和难点之一，下面结合以上两个工程实例谈谈这些带局部临空地下室的结构模型选取。

1.2.1 按地下室模型

实例一的项目北侧规划道路标高从849.95～842.815（由西向东），场地标高变化比较大，导致地下室北侧随地形由全埋到半埋再到全部临空。经过与专家的论证，采用按有地下室的模型进行设计，并按顶板嵌固以及底板嵌固两种模式包络设计。同时因为该项目北侧局部临空，临空处无钢筋混凝土墙及土体约束，这就形成了地下室结构刚心的明显偏置（偏向土体一侧），也就不能对上部结构在地震和风荷载作用下产生的位移和结构水平力进行有效的约束和传递，造成结构扭转效应明显，为了解决以上问题，该项目在地下室临空位置仍然设置钢筋混凝土外墙（实在因建筑功能要求无法设置时，钢筋混凝土外墙内退或留门窗洞口），使整个地下室形成有足够刚度且相对闭合的钢筋混凝土地下室。这样虽然存在地下室土对地下室的整体约束不均衡，但因钢筋混凝土外墙很长且形成“盒子”，对刚度的贡献很大，从而减小因刚心偏置而产生的扭转，避免造成结构的扭转破坏。

1.2.2 按多塔大底盘模型

项目二西侧全临空，东侧由西到北呈全埋到半埋，北侧基本全临空。因建筑原因，该项目西侧及部分北侧为沿街商业，无法设置钢筋混凝土外墙，无法形成封闭的“盒子”。经过与总工及设计人员的深入探讨，该项目采用多塔大底盘模型，不按地下室结构设计，同时按单塔（取相关范围）模型和多塔模型进行包络设计。同时为了增加无土侧的刚度，将消防水池布置在刚度较弱的西北侧。但因其三面基本临空，非临空侧土体会对结构产生水平推力，这对结构来说是很不利的。设计初期是想挡土墙设计与主体结构脱开，这样受力明确，但是增加了造价及开挖量，因业主的强烈要求以及场地受限，最终采用挡土墙与主体结构联合设计，将外墙的水土压力按线荷载加到墙的扶壁柱或者主楼的墙柱上，参与整体计算，使挡土墙和顶板、底板、梁等形成合理的结构空间，并采用一定的结构措施（如外墙设置壁柱、加大顶板的厚度及配筋、适当加大梁的高度或梁加腋等），从而有效的传递结构在地震及风荷载作用下产生的不平衡水平力。

1.3 房屋高度及基础埋深的确定

局部临空地下室因其一面临空或者多面临空，其上部结构的房屋高度及基础埋置深度的确定，其难点在于起算面的确定，不能简单的套用常规地下室的做法（如基础埋置深度：筏板基础取室外地面标高，独立基础取室内地面标高），应按能够提供侧向约束并传递上部水平力的位置（单体室外地面最低点）算起。同理按照该法确定的房屋高度来确定建筑物的抗震等级。

以实例二中的1 号楼为例，其正负零以上上部主要屋面高度为53.50m,室内标高为-9.95m，室外最低点标高为-10.05m，故其房屋高度取63.55m，而非53.50m。1 号楼采用筏板基础，筏板厚度取1m 计算，其基础埋置深度d=63.55m/15=4.24m（天然地基基础，取房屋高度的1/15）；如按照常规地下室的做法，基础面为地下室室内标高下去0.1m,必然会导致埋置深度不够，对结构的安全产生影响。此时可采取以下两个措施来解决：1.基础面降低至室内标高下3.24m，使之满足埋深要求；2.基础面适当降低，但达不到规范要求，此时应补充该高层建筑的整体倾覆、抗滑移等验算。根据地勘报告，1 号楼的基础持力层为3 层含碎石粉质粘土，地基承载力特征值为 210 kpa（未修正），当满足埋置深度要求时，地基承载力特征值可修正至300kpa,经过对比分析，采用措施1 的办法，同时为了减轻荷载，基础面至室内地面标高增设结构空腔层，使基础满足上部结构的荷载要求。这样相对比于采用桩基础（如采用措施2 的方法，修正后的地基承载力难以满足），缩短了工期，节约了造价。

1.4 底板抗浮水位的确定

局部临空地下室的底板抗浮水位可结合建筑物本身的有利地形来确定，采取分块抗浮设计的方法。例如：实例一，其根据地勘提供的抗浮设计水位为-5.60m（底板面标高为-7.60），但因南方地区多雨，按照地勘提供的抗浮水位设计的话，必然会使靠土侧的底板设计偏于不安全；而临空侧的又偏保守，造成浪费。故该项目底板抗浮水位靠土侧按-3.60m 标高来考虑，临空侧按-6.60m 标高来考虑，中间按板块按线性插值来考虑。这样利用地形，既满足了结构的安全要求，又不造成浪费。

2 结语

总之，带局部临空地下室的结构设计应因地制宜，具体情况具体分析，选取合理的计算模型，消除建筑地形带来的不利影响，保证结构的安全性。同时合理的利用建筑地形的有利性，应用概念设计的内涵和原理，实现结构设计达到安全适用经济的目的，为建筑工程的长久发展创造有利的条件。