高层建筑基础埋深及嵌固端关系浅析

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摘要：高层建筑的基础，满足一定埋深要求后，对减少建筑物的整体倾斜、防止滑移和倾覆，都有一定的帮助作用。正确判断上部结构的嵌固位置，可以得到准确的内力计算结果，反映结构产生侧移的真实性。文中提出有效埋深的概念，并提出满足嵌固端的条件。

关键词：高层建筑 嵌固端 地下室 整体

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

前言

在选取结构嵌固端时，如何考虑多层地下室结构的延性要求是一个比较复杂的问题。地下室结构的延性和上部结构与地下室结构的刚度差别、不同结构体系以及地下室埋深有关。当上部结构为框架或剪力墙结构，地下室结构抗侧力刚度较大，四周有钢筋混凝土挡土墙，地下室顶板整体性较好时，可以考虑上部结构嵌固在地下室顶部，地下室结构应能承受上部结构屈服超强所引起的内力。考虑在强震作用下塑性铰范围可能发展，地下一层的结构构件仍须适当考虑延性措施。一般情况下地下一层以下的地下室结构除满足承载力要求外，不需考虑延性要求。

一、基础埋深的提出

1在探讨高层建筑结构嵌固端时，必然牵涉到基础埋深问题。高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的整体稳定（包括抗滑），其次有利于减弱地震作用。规范对建筑的基础埋深有一定的量化规定，即“天然地基或复合地基基础，可取总高度的1/15，桩基础可取总高度的1/18”。这一规定有一定的欠考虑因素，因埋深仅与建筑物高度有关系。我们认为还应与建筑物的控制建筑体形重要指标的高宽比有关，高宽比值大者应严格，高宽比值小者可略为放松，要充分利用地基基础的无限刚度。

2 基础埋深的确定

基础埋深一般从室外地面算至基础底或承台底，如基础周围有可靠侧限时，即与“地球”有良好的接触时，算作有效埋深。单栋建筑位于一个场地或多栋建筑位于一个场地但相距较远时，有效埋深容易判断；一个场地内高层建筑、多层裙房、其它多层建筑、地下室等共同存在且较近时，要慎重判定。

（1）当高层建筑基础埋深和地下室基础埋深相同，二者之间的填土密实，且地下室基础及平面刚度都很大，侧移很小时，可认为高层建筑基础仍很好的与土接触，可认为埋深满足要求。

（2）当高层建筑基础埋深较深，而地下室基础埋深较浅，二者相差2 m 以上，且总埋深h 大于总高度的1/15 或1/18 时，我们认为满足要求。

（3）当高层建筑基础埋深和地下室基础埋深相同，二者之间的填土密实，但地下室平面刚度不大或设温度缝时，主楼可能有较大侧移，我们认为高层建筑基础没有可靠侧限，埋深不满足要求。应将高层建筑基础加深或采取其它措施不设温度缝。

（4）高层建筑的高层部分与多层裙房之间，根据地基与上部结构的条件，可设沉降缝（在地震区兼作防震缝），也可不设沉降缝。如有沉降缝，应将室外地坪以下之缝用粗砂填满填实，以保证侧限约束。

3高层建筑基础埋深的作用和要求

高层建筑由于质心高、荷载重，除了满足地基基础设计的一般规定外，在我国现行的《高层建筑混凝土结构技术规程》明确规定，“基础应有一定的埋深，在确定埋深时，应考虑建筑的高度、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。《高层建筑混凝土结构技术规程》在大量科学研究和工程实践总结的基础上，对基础埋深做出了相应规定，是出于下列四个方面的考虑：

（1）提高基础的稳定性，防止基础在水平风力和水平地震作用下发生滑移和倾斜；

（2）提高地基的承载力，减少基础的沉降量；

（3）增大地下室外墙的土压力、摩擦力，限制基础的倾斜，使基底下土反力的分布趋于平缓；

（4）增大阻尼，减少输入加速度，减轻地震灾害；在工程设计中，有少数工程技术人员对高层建筑基础埋深的作用认识不足，有些工程实际的基础埋深达不到规范要求的安全度，不满足抗倾覆和滑移要求，甚至危及到基础整体稳定性，例如：房屋四周地坪标高不同时，主楼与裙房设沉降缝、伸缩缝时，基础埋深的起算面采用最高侧的室外地坪，类似于选择“莲花河畔景苑”七号楼北侧堆土的坡顶面。土力学大量的实验表明，在中心受压且土质均匀时，地基破坏面是四周对称挤出。如果土质不均匀或荷载有偏心或荷载倾斜作用时，地基内的滑动面则不对称，或向一侧挤出。如果高层建筑的嵌固面不在一个水平面时，高的一侧不仅不能作为嵌固面，还会造成荷载偏心或荷载倾斜作用。它的受力机理与规范给出的高层建筑基础埋深限值的基本假设存在相悖。实验同时揭示，基础埋深对滑动面的形状有很大的影响，当埋深较大时，在重心荷载下滑动面一般不出露至地面，只封闭在基础底面附近不太大的范围内，此时还可利用基础埋深的被动土压力来抵抗高层建筑倾覆弯矩和水平作用。

二、结构嵌固端的选取

高层建筑在进行结构计算之前，要确定结构嵌固端的位置。建筑有无地下室、基础埋深的深浅、基础形式、上部结构层数的多少等都是影响嵌固端的位置的重要因素，根据以上情况正确选定的结构嵌固端是建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构某些构件的内力分配的正确性、影响结构产生位移的真实性，而且关系到结构局部的经济性。高层建筑的嵌固端通常是选择在地面标高处，但地面标高要真正成为结构嵌固端是有条件的。

1有地下室的建筑物带多层地下室的建筑，宜将上部结构的嵌固部位设在地下室顶板，但地下室情况须满足下列条件：

（1）地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般宜小于本层层高的1/3，极端的情况如半地下室，则首层楼面一般不能成为结构嵌固端。

（2）楼面框架梁应有足够的抗弯刚度，地下室顶板部位梁柱节点的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载力之和。对于高层建筑来说，由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面，故即使有意加大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量，上述要求仍很难满足。

（3）地下室顶板结构应为梁板体系，不可设计成无梁楼盖，且该层楼面不得留有大孔洞，地下室结构的顶板以及地下室各层楼板应有足够的平面内整体刚度和承载能力，能将上部结构的地震力传递到地下室所有的抗侧力构件上，因此规范规定楼板也要不小于180 mm，混凝土强度等级不应低于C30，并应采用双向双层配筋，每个方向每层配筋率不宜低于0.25%。

（4）地下室结构应能承受上部结构屈服以及地下室本身的地震作用，为此地下室的楼层剪切刚度不应小于相邻上部结构楼层剪切刚度的2 倍。

（5）地下室侧壁要有良好的侧限，半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。

2若由于地下室顶板标高与室外地坪的高差很大，甚至超过了本层层高的1/3，或地下一层墙体较少、顶板开大洞等，不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求时，可采取以下方式来满足实际的嵌固要求：

a对于多层地下室结构，可将结构嵌固部位置于地下1层底板，此时除应满足规范所要求的其他条件外，还应满足：地下1层楼层剪切刚度应大于地上1 层楼层剪切刚度；地下2层楼层剪切刚度应大于地下1 层楼层剪切刚度，并应大于地上1层楼层剪切刚度的2 倍。当地下二层为箱型基础或全部为防空地下室时，则箱型基础或人防顶板一般可作为结构嵌固部位。

b对于单层地下室建筑，地下室为箱型基础，则箱型基础顶板一般可作为结构嵌固部位。地下室全部为防空地下室时，其顶板及墙体一般具有作为结构嵌固的刚度，此时可取其顶板作为上部结构的嵌固部位。除以上两种情况外，宜将嵌固部位设置在基础顶面，即地下一层底板面。

2无地下室建筑

多高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是宜设置地下室的。

（1）若基础埋置深度较浅，不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础（承台）面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，故首层层高应从基础面算起。

（2）若基础埋置深度较深，基础（承台）面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处设有刚性地坪并配置构造钢筋时，可取室外地面以下500 mm处作为结构嵌固端。上部结构为抗侧力刚度较小的框架结构时，采用柱下独立基础，埋置又较深时，可按《建筑地基基础设计规范》的要求做成高杯口基础，只要杯壁厚度符合刚度要求，此时可将高杯口基础的顶面作为上部机构的嵌固部位。

结束语

高层建筑的基础设计应综合考虑上部结构之类型、地基地质情况、地下水位情况、地基承载力以及可能出现的沉降量等因素；同时要考虑建筑物在地震发生时，不致由于地震震害而造成破坏或过量之沉降及倾斜。高层建筑在进行结构分析计算之前，必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取面临着各种不同的情况，基础埋深、基础形式及是否设地下室等都与之有关系。

参考文献

[1] 刘冬柏,王璇. 高层建筑基础埋深的几个问题讨论[J]. 中外建筑. 2010(04)

[2] 黎民. 论高层建筑结构嵌固端的技术问题[J]. 四川建材. 2006(02)