某坡地建筑大底盘多塔结构及基础埋深的比较分析

梁中 1，刘平湘 1

（南宁市建筑设计研究院有限公司，广西，南宁， 530000）

[摘要]：本文主要结合坡地建筑的特点，通过对多塔和单塔的比较分析，同时选取周边覆土最不利塔楼作为分析对象，比较分析了结构在不同假定和工况下的倾覆力矩和抗倾覆力矩以及基础零应力区分析。研究和设计结果表明：多塔可不作为一项超限，但设计时应考虑多塔的影响，同时本工程的基础埋深可以按照1/30取值，其设计结果是满足规范要求的，是安全可靠的。

[关键词]：坡地；大底盘；单塔；多塔；基础埋深；

0．工程概况

本地块总用地面积76002.97㎡。总计容建筑面积228008.91㎡，项目位于广西梧州市。住宅总平面中沿地块西侧设置2层，局部3层沿街商业，13栋高层住宅均匀的分布在地块内，高度为75.45~99m，地下室大部分为一层，局部地下室为两层。

由于地块东西方向的高差将近30m，且西侧地下室开敞，南北侧放坡，东侧全覆土，为了解决东西方向的高差，地块采用2.5%的找坡，且西侧局部采用两层地下室，地块中间局部采用结构放阶等措施，使地块的坡度较为平缓。由于此地形特点，上部塔楼的嵌固端须放置基础顶，若按照规范建议值取基础埋深，将会导致埋深过大，且会出现超大深基坑，施工难度及造价较大。因此本文将具体分析结构的基础埋深；同时也将对上部塔楼的是否需按多塔计入超限项进行详细的比较分析。

工程设计使用年限50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级甲级。抗震设防烈度为6度，建筑场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组，特征周期0.35s^[1]。地震作用考虑坡地的不利影响，地震作用放大10%，抗震设防烈度为丙类，地面粗糙 度为B类，基本风压0.30KN/㎡，设计时主塔楼风荷载体型系数取1.4^[2]。

1．塔楼布置及结构体系

选取1#作为典型塔楼，左侧地下室全开敞，南北侧从东到西按照一定的坡度逐级放坡，且南北侧有放坡，东侧全覆土。根据现有条件，1号楼周边覆土情况较为不利，后面详细分析基础埋深的取值问题，同时考虑地下室左侧开敞及坡地地形不利情况。主楼采用筏板基础，纯地下室采用独立基础，持力层为中风化砂岩，地基承载力特征值500Kp。

针对建筑的平面特点和使用功能，本工程上部塔楼主要抗侧力体系为剪力墙结构体系，纯地下室采用框架结构体系。上部塔楼主要剪力墙尺寸为200mm~300mm，梁截面为200x400~200x550，板厚为100 mm ~150 mm，竖向构件混凝土等级为C25~C50，梁板混凝土等级为C25。

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质〔2015〕67号）规定，住宅塔楼为高度不超限，存在扭转不规则和平面凹凸不规则、共2条不规则项。对于是否存在多塔，后面将选择典型塔楼比较分析。

2．单塔和多塔计算分析

地下室顶板以上均匀分布多个塔楼，地下室形成大底盘。由于本项目地下室一侧开敞且局部放坡，顶板不能作为嵌固端，因此，嵌固端下移至基础顶。采用YJK1.9.3.1计算软件，分别选取了3#和13#的组合塔楼以及3#右进行计算分析。

提取了层间位移角、层剪力和倾覆弯矩如下图所示:

提取了层间位移角、层剪力、倾覆弯矩以及周期进行比较，如下表所示:

3#右单塔、多塔对比结果 表1

塔楼	方向	顶板处塔楼底部剪力（KN）		单塔/多塔	顶板处塔楼倾覆弯矩（KN.M）		单塔/多塔	层间位移角（层数）		单塔/多塔
		单塔	多塔		单塔	多塔		单塔	多塔
3#右	X	1582	1508	104.9%	84405	80745	104.5%	1/2544（12）	1/2589（12）	101.8%
	Y	1683	1645	102.3%	85516	84031	101.8%	1/3021（17）	1/3053（17）	101.1%

从上述图表可以得出，3#右单塔模型的层地震剪力、层地震弯矩以及层间位移角均能包络多塔模型中相应的层地震剪力、层地震弯矩及层间位移角，因此本结构按单塔计算模型设计是安全可靠的，可以不将多塔计入超限项，但设计时应包络多塔的设计结果。

3．基础埋深分析

文献^[5]中阐述了对天然地基的基础埋置深度不应作硬性规定 ,而应根据各种实际情况来具体考虑。根据本工程实际场地情况，选择较为不利的1#进行分析，1号楼的两侧剖面图如下图所示，从图中可以看出，1号楼一侧全开敞，室外地面比底板低1.8m，为了分析结构的整体稳定性，采用YJK1.9.3.1软件，分别计算基础在小震、中震及大震下的整体抗倾覆和基础零应力情况。选取的计算高度包括两层地下室，且不考虑地下室和外墙的侧向作用，模型假定如下表所示。筏板厚度为1.4m，从室外地面起算，基础埋深为3.8m，为结构总高度的1/30。

图1 1#计算剖面图

计算模型及主要假定 表2

模型	荷载工况	假定条件	地震影响系数	风荷载
模型1	小震，考虑风荷载	不考虑地下室侧向作用，不考虑地下室外墙	0.04	0.30
模型2	中震，不考虑风荷载	不考虑地下室侧向作用，不考虑地下室外墙	0.12	-
模型3	大震，不考虑风荷载	不考虑地下室侧向作用，不考虑地下室外墙	0.28	-
模型4	大震，不考虑风荷载	不考虑地下室侧向作用	0.28	-

通过对上模型的分析结果，在不考虑地下作用时，模型1中，结构抗倾覆比值为18.28~22.92；模型2中，结构抗倾覆比值为7.64~8.31；模型3中，结构抗倾覆比值为3.27~3.56；结构抗倾覆力矩与倾覆力矩的比值均远大于1.0，结构整体抗倾覆满足要求。通过对基础的零应力区分析，在小震和中震作用下均未出现零应力区，在大震用下，仅西侧出现零应力区，且为1%，由于建筑高宽比均不大于4，小于规范要求的15%，在考虑地下室外墙作用时，未出现零应力区。

综上所示，虽规范建议基础埋深按照1/15H取值，但考虑到规范的规定基础埋深主要是为了满足结构的整体稳定性给出的埋深建议值。经过分析本项目的埋深虽然小于规范建议值，但整体稳定在各种工况下仍然是安全的，且稳定系数较高，即使基础埋置深度为0也是安全的，现基础埋深按照1/30H取值。

同时，由于均未考虑部分地下室侧向作用及地下室外墙等有利因素，因此，现有基础埋深满足设计要求，是安全可靠的。

4．结论

本项目的地形为坡地，且地下室一侧开敞。针对建筑的平面特点和使用功能，采用剪力墙结构方案。通过选取典型塔楼，对单塔和多塔楼的计算以及塔楼基础埋深的计算分析，结果表明，采用目前的基础埋深取值，可以满足结构安全性的要求，同时多塔可不计入超限，但设计时应考虑多塔的影响。

本工程经过与会专家的分析和讨论，一致认为本工程的设计是安全可靠的，并已于2019年9月通过了广西专家专项论证审查。

参 考 文 献

[1].GB 50007-2011. 建筑地基基础设计规范[S]. 2011

[2]. JGJ 3-2010. 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 2010

[3].钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程[M]. 中国建筑工业出版社 , 中国建筑科学研究院主编, 1991

[4]. 建筑地基基础设计方法及实例分析[M]. 中国建筑工业出版社 , 朱炳寅, 2013

[5]. 地震作用下高层建筑箱(筏)基础埋深的探讨[J]. 韩小雷,季静,李立荣. 华南理工大学学报(自然科学版). 2000(09)

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