建研院邱仓虎-建筑地基与地下室设计中常遇问题解析(修正版)

建筑地基与地下室设计中

常遇问题解析（修正版）

（读者附注：已按新版规范全面校正）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关于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、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2010版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

地下室顶板作为上部结构嵌固部位的条件（参见高规第12.2.1条）

（1）地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构的相关范围的顶板应采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。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柱下端实际承载力之和。（2）结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍（有人认为：可取0.54≈0.5）；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。（3）地下室顶板对应于框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应满足下列规定之一：10地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍；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

20地下一层梁刚度较大时，地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋均应比计算值增大10%以上;（4）地下一层抗震墙墙肢端部边缘纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。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2.0（有人认为：可取1.85倍，即1/0.54≈1.85），侧向刚度比可用下面的剪切刚度比re1估计（公式及式中符号的含义见高规JGJ3-2010附录E.0.1，公式E.0.1-1）：γe1=G1A1h2/G2A2h1如不能满足上述第1条款条件，则嵌固部位应取至地下二层顶板（当有地下二层时，嵌固端不需要再下移）或基础顶面（仅有一层地下室时）,但地下室顶板仍然需要按嵌固部位进行加强，故应创造条件尽可能使地下室顶板作为嵌固端。《抗震规范》6.1.3-3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，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级；

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构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。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如地下二层顶板做为嵌固部位时，建筑物高度H仍应从室外地面算起至主要屋面的高度，并应将建筑底层的剪力墙约束边缘构件向下延伸至地下二层顶板。建筑高度与抗震等级有直接关系，见《高规》表3.9.3；抗震设防的剪力墙底部加强部位高度为建筑物高度H的1/10和底部两层高度二者的较大值。加强部位高度指地面以上的，地下部分按规定向下延伸。建筑物高度H应从室外地面算起，此时室外地坪至±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。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。在坡地上建房，应将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12.1.8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。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多、高层主楼地下室及地下车库楼盖结构选型高层建筑地下室的层数取决于使用功能、地基情况和地区经验。地下室楼盖当采用梁板式时，为满足机电管线通行、汽车库净高等要求，对8.4m左右的柱网间距，层高最少可取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

地下车库顶部有覆盖土层时，为减少影响有效空间，无梁楼盖的平托板柱帽可部分上反。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。多、高层主楼地下室及地下车库楼盖结构选型地下室外墙的计算与构造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

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来的重量和自重；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。注:北京市建筑结构专业技术细则（2007.2版）第2.0.1条规定：对于由永久荷载控制的组合，不宜将分项系数直接取为1.35，对于一般民用建筑的柱、基础等构件，宜取为1.30.——m.c.s《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001-2006版）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。当为普通室外地面时，地面活荷载可取5KN/m２（包括可能停放消防车的室外地面），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）板块的短边跨度(m)

覆土厚度（m）

≤0.25

0.500.751.001.251.501.752.00≥2.50

2.035.032.029.126.123.220.217.214.311.32.533.130.427.724.922.219.516.814.011.33.031.328.826.323.821.318.816.313.811.33.529.427.124.922.620.318.115.813.611.34.027.525.523.521.419.417.415.413.311.34.525.623.822.020.318.516.714.913.111.35.023.822.220.619.117.516.014.412.911.35.521.920.619.217.916.615.314.012.611.3≥6.0

20.018.917.816.715.714.613.512.411.3三、地下室外墙的计算与构造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。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。当采用护坡桩或连续墙支护时，取K0=1/3.

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（偏于安全）。三、地下室外墙的计算与构造地下室外墙可按考虑塑性变形内力重分布计算弯矩，有利于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，对地下水仍有足够抗渗能力。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可靠的建筑防水层时，外墙最大裂缝宽度的限值可取0.4mm，供参考。3.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。当地下室外墙与刚度很大的扶壁柱（框架柱）或横向剪力墙相连时，扶壁柱或剪力墙可以作为外墙的支座，否则，外墙宜按单向板计算水平荷载作用下的弯矩。三、地下室外墙的计算与构造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与底板下钢筋搭接相连，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，见P39图4-5。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。见高规第12.2.5条。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多、高层建筑地下室，基础底板是否外挑，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1.5m～2.0m时，对于有梁筏基，应将梁一同挑出，以减少筏板内力。对于无梁筏基，宜设置柱下平板柱帽。2.裙房或地下车库的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齐并与抗水板整体分析。三、地下室外墙的计算与构造有窗井的地下室，窗井外墙是钢筋混凝土，并应有足够数量的横隔墙与主体地下室外墙相连接。无上部结构柱相连的地下室外墙可不设扶壁桩，外墙扶壁柱应按“T”形截面偏心受压构件计算。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》（JGJ3-2010）12.1.2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地下水位、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）在与既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既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；采用复合地基或桩基等，控制新建房屋基础沉降与既有建筑基础间差异沉降在规范允许范围内。

（3）多高层建筑应选用整体性较好、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，地下室柱距较大，基底反力很大时，宜优先采用平板式。采用梁板式筏基时，基础梁截面大，必然增加基础埋置深度，当地下水位较高时更为不利，梁板的混凝土需分层浇注，且支模费事，因而加长工期，综合经济效益可能反而比平板式差。

2、基础设计应符合下列规定根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）（简称《地基基础规范》，下同）第3.0.2条规定：（1）所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；（2）设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形计算；（3）当地下水埋藏较浅时，尚应对地基进行抗浮验算；地基承载力深度修正时基础埋置深度的取值四、多高层建筑基础设计与构造

基础埋置深度d，一般从室外地面算起。《地基基础规范》第5.2.4条的条文说明指出，当裙房与主楼连为一体的结构，对于主楼结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时（注：此处是指每侧的超载宽度均大于基础宽度的两倍），可将超载折算成等效基础埋深的土层厚度，当基础两侧超载不等时，取小值（图4-1）。当多、高层主楼周围为连成一体的筏形基础的裙房（或仅有地下停车库）时，等效基础埋置深度，可取裙房基础底面以上所有竖向荷载（不计活载）标准值（仅有地下停车库时应包括顶板以上填土及地面重）F（kN/m2）与土的重度r（kN/m3）之比，即等效基础埋深d′＝F/r（m）。而当与高层主体相连的裙房地下室基础为独立柱基加抗水板时，高层主体的基础埋深应从裙房地下室地面算起。

四、多高层建筑基础设计与构造

图4-1主楼裙房四、多高层建筑基础设计与构造

《北京细则》第3.2.1条4款规定，地基承载力进行深度修正时，对于有地下室的满堂基础（包括箱基、筏基），其埋置深度一律从室外地面算起。当高层建筑侧面附有裙房且为整体基础时（不论是否有沉降缝分开），可将裙房基础底面以上的总荷载折合成土重，再以此土重换算成若干深度之土厚，并以此深度进行深度修正。当高层建筑四边的裙房形式不同，或仅一、二边为裙房，其他两边为天然地面时，可按加权平均方法进行深度修正（即主楼的地基承载力＝各边各自深度修正后的地基承载力×边长/总边长？？）。

抗浮验算四、多高层建筑基础设计与构造

（1）《地基基础规范》3.0.4条规定，岩土工程勘察报告应提供用于计算地下水浮力的设防水位。结构抗浮验算必须依此设防水位进行。验算建筑物抗浮能力应满足：建筑物永久抗浮荷载/水浮力＞1.0，《地基基础规范》5.4.3条规定：抗浮稳定安全系数取1.05。（2）抗浮验算时永久荷载的分项系数取值，各地区可能不同，《荷载规范》（GB50009-20012006版））3.2.5条的条文说明：当地其他结构设计规范中有具体规定时，应按结构设计规范的规定执行；当没有具体规定时，永久荷载分项系数应按工程经验采用，北京市和上海市规定的分项系数为1.0。水浮力的分项系数按《北京细则》规定的为1.0，而上海市规定的为1.2。《地基基础规范》第5.4.3条规定，永久荷载及水浮力的分项系数均取1.0。

四、多高层建筑基础设计与构造

（3）当抗浮设计水位较高，裙房满堂地下室或地下车库需要采取抗浮措施时，应按工程具体情况区别对待。如果裙房满堂地下室或地下车库是独立建筑，与多、高层主楼基础不连接成整体，并有一定距离，不会因差异沉降造成影响时，抗浮措施可根据经济技术比较采用抗浮锚杆、抗拔桩或压重等方法。多、高层主楼基础与裙房满堂地下室或地下车库连接成整体，均采用桩基时，抗浮可采用抗拔桩方法；多、高层主楼采用天然地基且预估有若干沉降量时，裙房或地下车库抗浮宜采用压重（素混凝土，容重不小于30kN/m3钢渣混凝土或砂石料）方法，不宜采用抗浮桩或抗浮锚杆，否则必将加大其与多、高层主楼之间的差异沉降，尤其如北京市由于考虑南水北调的影响，岩土工程勘察报告提的抗浮设计水位较高，但目前实际地下水位非常低，如果采用抗拔桩或抗浮锚杆，裙房或地下车库与主楼间基础差异沉降将是突出的问题。偏心距的确定四、多高层建筑基础设计与构造

（1）《地基基础规范》8.4.2条和《高层筏基规范》（JGJ6-2011）5.1.3条规定了筏形基础平面形心与上部结构竖向永久荷载重心不重合时，要求偏心距e≤0.1W/A，并指出：此要求针对单幢建筑物，裙房与主楼可分开考虑，对低压缩性地基或端承桩基的基础可适当放宽偏心距的限制。关于筏形基础平面形心与上部结构竖向永久荷载重心的重合要求，《高规》12.1.6条要求两者尽量重合的定性规定，无定量规定，主要是基于实际工程平面形状复杂，偏心距及其限值难以准确计算的缘故，并不是放松要求；（2）对偏心距限制的目的是为了建筑物整体稳定和限制倾斜，避免在地震作用下基础底面出现拉应力，满足《抗震规范》（GB50011-2010）4.2.4条的规定。因此，主楼与裙房、或平面错开的各部分如能各自满足上述公式的要求，总体上就更能满足稳定要求了。关于倾斜，应对各部分地基变形进行计算，既要使各主楼满足《地基基础规范》规定，主楼与裙房或地下车库基础之间的差异沉降也应满足规范规定的允许值。地下室不设沉降缝、伸缩缝应采取的措施四、多高层建筑基础设计与构造

（1）《高规》12.1.9条的条文说明指出，我国从20世纪80年代以来，对多栋带有裙房的高层建筑（不设永久缝）沉降观测表明：地基沉降曲线在高低层连接处是连续的，未出现突变。高层主楼地基下沉，由于土的剪切传递，高层主楼以外的地基也随之下沉，其影响范围随土质而异。因此，裙房与主楼连接处不会发生突变的差异沉降，而是在裙房若干跨内产生连续性的差异沉降。高层建筑主楼基础与其相连的裙房基础，若采取有效措施，或经过计算差异沉降引起的内力满足承载力要求的，裙房与主楼连接处可以不设沉降缝。否则，必须考虑差异沉降的影响。四、多高层建筑基础设计与构造

（2）应采取有效措施使主楼与裙房基础的沉降差值在允许范围内。减少高层主楼基础沉降可采取下列措施：1）地基持力层应选择压缩性较低的土层，其厚度不宜小于4m，并且无软弱下卧层；2）适当扩大基础底面面积，以减小其附加压应力；3）当地基持力层为压缩性较高的土层时，可采取高层主楼基础为桩基础或复合地基、裙房为天然地基的方法，或高层主楼与裙房采用不同直径、长度的桩基础，以减少沉降差—即采用变刚度调平设计方法。为使裙房基础沉降量与主楼基础沉降值接近，可采取下列措施：1）裙房基础与高层主楼基础埋置在不同的土层，即使裙房基底持力层土的压缩性大于高层主楼基底持力层土的压缩性；2）裙房采用天然地基，高层主楼采用桩基础或复合地基；3）裙房基础应尽可能减小基础底面面积，