宁波市民用建筑设计研究院有限公司 浙江宁波 315010
摘要：浅谈带地下室高层建筑的设计理念，框架——核心筒结构，采用抗震缝将复杂的建筑平面分割为相对简化的结构单元，通过设置后浇带解决地下室超长的设计思路。
关键词：框架——核心筒结构；高层建筑；抗浮地下室
1.工程概况
宁波高新区外经大厦项目，位于宁波市高新区总部基地二期A05地块内。总建筑面积42700m2，其中地上建筑面积30300m2，地下建筑面积12400m2。地上部分由主楼和裙楼组成，其中裙楼2层，主楼24层，檐口高度97.00m。地下车库分为两层，负一层为普通停车库，负二层为平战结合的人防车库，人防抗力等级为常六级核六级。
本工程的建筑结构安全等级为二级，设计使用年限50年，抗震设防裂度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类。建筑场地类型为IV 类。
2.地基与基础
根据宁波市民用设计院勘察公司提供的勘察报告，工程的地层分布及地基土层的力学性能见表1，设计抗浮水位2.8m。
本工程主楼为高层建筑，柱（墙）下荷载大，所需单桩承载力高。根据地质土层分布情况，以细砂层作为桩基持力层。采用直径600/700钻孔灌注桩，桩长为48m，单桩竖向抗压承载力特征值2250/2750kN，工程桩桩身混凝土强度等级为C35。裙房部分采用直径600钻孔灌注桩，桩长为48m，单桩竖向抗压承载力特征值2250kN，工程桩桩身混凝土强度等级为C35。根据地勘报告提供的抗浮水位，纯地库部分的桩基在恒载作用下出现了拉应力，设置直径600钻孔灌注桩作为抗拔桩，单桩抗拔承载力500~1000KN，钢筋笼通长设置，抗拔桩按抗拔力的不同，通过验算混凝土的裂缝，配置不同的钢筋，以便实现桩基的经济有效。主楼采用桩筏基础，上部结构竖向荷载作用点的中心和群桩形心尽量重合，偏心距e<B/100(B=建筑宽度)，以便获得均匀的单桩反力和群桩最大的惯性矩。经对桩基选型方案的多次讨论和优化调整，桩基平面布置见图1。
基础筏板计算采用中国建筑科学研究院PKPM-CAD工程部研发的JC-CAD进行结构分析计算。本工程为框筒结构，荷载主要集中在内部核心筒，筒底下为锅底形变形，适当加大基础筏板的刚度，减少基础的不均匀沉降，并通过底板将上部结构的荷载有效地扩散到桩基上，通过筏板厚度的变化计算筏板内力，配筋及总沉降量的不同，经多种方案比较，本工程的主楼筏板厚度取1800mm。裙房及纯地库部分采用承台-桩基础，桩基设计时结合宁波地区的经验，适当考虑了桩、土、承台的共同作用。主楼与裙楼之间基础不设沉降缝，通过控制主楼沉降量，在主楼与裙楼之间设置施工后浇带，并控制后浇带封闭时间等措施，调整主楼与裙房之间的差异沉降。
3.超长地下室设计
本工程设置两层地下室，地下室长度105米，宽度70米，属于超长结构，为满足建筑功能要求和防水抗渗要求，整个地下室连为一体，不设永久性沉降缝，地下室长112m，宽72m，采取以下抗裂措施：
1）地下室按超长结构设计，采用防水混凝土，并掺加膨胀纤维抗裂剂。并每隔30~40米左右设置后浇带，后浇带宽度800mm，内掺掺量为12%的抗裂剂，后浇带混凝土比其他位置混凝土强度等级提高一级。同时限制14d混凝土线膨胀率（要求大于0.02%，后浇带处大于0.035%）。
2）适当增加基础筏板厚度，适当加大主楼筏板和纯地库底板交接位置的板钢筋配筋量，地下室顶板和外墙按防水规范中的裂缝控制计算配筋量，同时设计中拉通钢筋的配筋率不小0.3%。
3）根据以往类似项目的经验，地下室虽已添加抗裂剂，但因养护中墙壁容易失水，导致混凝土中膨胀剂的作用发挥不佳，极易出现裂缝，因此本项目在设计技术交底时向施工单位特别强调了地下室墙体混凝土保水养护的重要性，同时要求加强混凝土的昼夜温差保护。经采取上述措施，地下室的混凝土浇捣和养护良好，未出现比较明显的结构温度裂缝。
4.上部结构
4.1结构体系和结构布置
结构体系的理想状态应该是受力明确，传力合理，自重轻，具有合适的刚度和一定的延性。为了满足建筑设计要求，本工程的结构具有一定的复杂性，主楼和裙楼既相对独立，又有一定联接，故通过设置防震缝将复杂的建筑划分为相对合理的结构单元。
通过方案比较，最终确定在嵌固端顶板位置处，在主楼和裙楼之间设置防震缝，将整体结构分隔成两个独立且相对简单的抗侧力单元。主楼标准层平面尺寸34.72m×34.72m，采用框架-核心筒结构体系，核心筒平面尺寸16.36m×11.76m，满足高规核心筒宽度不宜小于简体总高1/12的要求，属A级高度建筑。本结构体系中，核心筒体是主要的抗侧力构件，承担了大部分的风荷载和地震荷载产生的水平力，总体刚度大，侧移小，能较好满足建筑立面及功能要求，标准层结构平面见图2。框架的抗震等级为三级，核心简的抗震等级为二级。楼面为现浇混凝土楼板。柱间距约为8.4m，跨度大，主梁高度控制在650~750mm。为控制整个结构的自重，板跨尽量取小，板厚取100mm，局部120mm。在柱跨主梁间设置十字梁，减少主梁的配筋。为防止楼板在竖向荷载作用下，四周外角上翘，但受到筒体剪力墙的约束，使楼板外角可能产生斜裂缝，主楼板外角顶面及底面均配置双向钢筋，同时加大拉通钢筋的配筋率。裙楼采用框架结构，抗震等级为三级。
4.2设计参数录入和结构内力分析
工程整体结构计算采用PKPM2010-V2.2系列软件中SATWE，计算时考虑偶然偏心和双向地震作用。结构重要性系数取1.0，计算震型数15个，采用模拟施工荷载3计算，风荷载0.5kN/m2，地震粗糙度类别B类，计算水平地震作用。周期折减系数0.85，结构阻尼比5%，梁端负弯距调整系数0.85，全楼地震放大系数1.0，其主要结果如下：X向刚重比2.15，Y向刚重比2.73，均大于1.4，能满足高规（5.4.4)的整体稳定要求，大于2.7，故需考虑重力二阶效应。本层与上一层受剪承载力之比0.86≥0.80，满足高规（3.5.3）的要求。结构以X向平动为主的第一自重周期T1=2.9818，以扭转为主的第一自重周期Tt=2.3643，T1/Tt=0.791，满足高规（3.4.5）的要求。X方向的有效质量系数：92.59%，Y方向的有效质量系数：93.53%，满足高规（5.1.13）的要求。楼层最大位移以X方向风荷载作用控制，X方向最大层间位移角：1/1639，X方向最大层间位移与平均层间位移的比值：1.36。
经软件计算，本结构选型合理，相关指标均能满足规范要求。
4.3主要技术与构造措施
1）核心筒剪力墙，部分剪力墙墙肢超过10m，为方便施工，人为开设洞口，减小刚度和长度，通过调整后的各墙肢受力比较均匀，配筋也趋于合理。
2）适当调整筒体结构刚度，控制结构的基本周期，达到合理的效果，外墙厚度变阶二次，分别为350mm、300mm，内简厚度300mm，楼梯及电梯位置保持240mm。
3）合理选取墙柱混凝土强度等级，控制柱子轴压比，混凝土强度等级分别为C45~C30，并与同层楼面梁板混凝土等级差控制5MPa，以方便节点区混凝士连续施工。
4）裙房与主楼连接层及其上、下各一层为结构侧向刚度突变区，是地震作用下结构破坏最严重的位置，因此设计中对其承载力、延性、连接构造子以必要的加强。
5.结论
1）用钻孔灌注桩来解决大地下室的水浮力的可靠性。
2）对超长地下室结构采用技术措施解决其抗裂问题。
3）对特殊的建筑设计要求可采用多种技术和材料要求，既经济合理又施工方便。
参考文献：
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[2]中国建筑科学研究院.PKPM系列（2010年版）结构软件用户手册及技术条件[M].
[3]黄世敏，王亚勇，戴国莹.GB50011-2010(2016年版) 建筑抗震设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社.
论文作者:刘辉,刘成云,章大炜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第18期
论文发表时间:2017/10/16
标签：结构论文; 主楼论文; 地下室论文; 混凝土论文; 荷载论文; 桩基论文; 承载力论文; 《基层建设》2017年第18期论文;