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摘要：本文笔者结合工程实例，主要对上部结构高耸、底部大面积整体地下室的小区高层建筑群，分析了结构设计采用主楼桩筏基础共同作用，纯地下室部分用桩基兼作抗拔桩；并通过设置变形缝及后浇带等措施解决超长结构的温度应力和防裂问题。谈出个人一些见解，仅供参考。
关键词：大底盘；超长结构；温度应力；处理措施
工程概况：
本文以某住宅楼小区为例，该项目大底盘总占地面积68188m2，东西方向长约380.5 m，南北方向约270.0 m，总建筑面积为307162.6 m2。地下负一层为大底盘，首层为架空绿化。针对大底盘建筑的结构设计问题进行探讨，因有停车的要求，这使多塔整体建筑的结构设计变得复杂，成为住宅设计中应当着重解决的问题。
一、大底盘的分割
本工程的结构设计基准期为50 a，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为Ⅱ类[1]。
该工程整体大底盘的地下车库平面面积近5×102 m2，塔楼与大底盘的平面布置突变处容易形成薄弱部位。结构设计首先按离散分割思想，切分大底盘，将各个塔楼分成完全独立的单塔楼结构分别计算分析。结合建筑防火分区布置，在地下适当位置设双墙分缝（沿东西方向3道，南北方向2道），缝宽800mm，用中粗砂分层填实，将地下车库分为长度约150.0 m的各个独立结构计算单元（A，B，C，D，E，F，G，H，J），如图1所示。
图1 大底盘结构分缝布置图
同时重视结构薄弱部位并加强抗震构造措施，为保证大底盘与塔楼整体工作，地下室顶板厚度增加为180mm，配筋率大于0.35%，双层双向贯通，使地下室满足规范要求的嵌固端条件。这样结构计算可将各个塔楼的地上部分分别按单塔进行抗震验算。东边E区室外道路地坪标高为-4.00 m，按一层裙房加地下室考虑，结构设计对裙房设缝切开，则仍可以分别按单塔结构计算分析。
二、大底盘的设计原则
高层塔楼采用钢筋混凝土纯剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为二级。结构计算均采用PKPM 系列SATWE软件进行整体空间分析[2,3]，考虑扭转耦联、双向地震作用和偶然偏心，楼层刚度算法采用层间剪力比层间位移算法，地下车库按8.0m×8.0 m布置柱网，井字形布置，结构采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，可以满足建筑使用要求。通过计算分析，各项输出计算参数均满足规范要求，可以作为设计依据。
本工程大底盘分割后的各结构计算单元基础设计中需考虑高层塔楼与车库荷载差异、地基承载力和变形等影响因素，根据工程地质勘察报告选用人工挖孔扩底端承桩，建筑桩基安全等级为一级。设计中分别对高层塔楼、地下车库及相邻部分的桩承载力和沉降变形进行计算分析。
2．1 桩基承载力计算
(1)地下车库部分。基础设计为桩身直径0.9 m的人工挖孔桩（兼作抗浮桩），以④层粘土为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=1100kPa，桩端扩大头直径D为1.6～2.6 m，要求桩端进入持力层1D且不小于2m。桩长约为8.5m。
例如取扩大头直径2 m，按建筑桩基技术规范计算单桩竖向承载力特征值为(单位：kPa，下同)：
0.795×1100×3.14×2×2/4≈ 2 746，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算：
0.65×fc×A=0.65×14300×0.636=5910> Quk×1.35=3707，
满足规范要求。
其中，Ap为扩大头面积；A为桩身面积；Φp为端阻尺寸效应系数。
(2)高层塔楼部分。基础设计为桩身直径1.0 m的人工挖孔桩，以⑥层中风化粉砂质泥岩为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=2600kPa，桩端扩大头直径为1.6～2.0 m，要求桩端进人持力层1.0m。桩长约为24.5 m。为节约工程造价，人工挖孔桩顶尽可能采用独立承台的布置形式，各承台间用650×1000的连梁联接以传递剪力墙承受的上部结构荷载，同时也加强主楼基础的整体性。
例如，取扩大头直径1.6 m，计算单桩竖向承载力特征值为（由于支承于泥岩上桩端阻尺寸效应系数取1）：
1×1100×3.14×1.6×1.6/4≈5224，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算：
0.65×fc×A=0.65×16700×0.785=8521> Quk×1.35=7052，
满足规范要求。
(3)相邻部分。为了减小基础沉降差异以及短桩对长桩桩身的水平作用影响，基础设计为桩身直径1.0 m的人工挖孔桩，以⑤层强风化粉砂质泥岩为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=1800kPa，桩端扩大头直径为1.6～2.0rn，要求桩端进入持力层1.5 m。桩长分2次渐变，分别为13.5 m及20.0 m。
例如，取扩大头直径1.8 m，计算单桩竖向承载力特征值为：
0.816×1800×3.14×1.8×1.8/4≈3738，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算0.65×fc×A=0.65×14300×0.785=7296> Quk×1.35=5046，满足规范要求。
2．2 地基变形验算
与地基土相比，桩身刚度为无限大，因而大直径扩底桩桩端沉降可以看作在地基内部、中心荷载作用下的圆形刚性基础的沉降，大直径扩底桩在桩顶荷载P作用下，桩底沉降由4个部分组成：S=Sa+Sb1+ Sb2+Sc其中，Sa为群桩效应；Sb1扩大头桩端压力引起的桩底土的压缩；Sb2为桩侧摩阻力引起的桩底土的压缩；Sc 为桩身压缩变形。在桩顶外荷载作用下，大直径扩底桩桩周土和桩底土的竖向应力和位移的有效范围较小，在正常使用荷载作用下，竖向应力在平面上的有效范围约为1.5D，当桩距≥ 1.5D 时，群桩效应很小，可以忽略，且本工程的桩距均不小于1.5D，从工程意义上可以忽略群桩效应。其次，由于大直径扩底桩桩长L较短，在总承载力中摩阻力占的比例较小，由摩阻力引起的沉降Sb2很小，可以忽略不计。因此，可以认为大直径扩底桩的桩顶沉降S= Sb1+ Sc。
其中，P为桩顶荷载；Pb为桩底压力Pb=P-Qs，Qs为桩侧摩阻力；A为桩身横截面面积；Ec为桩身混凝土弹性模量；L为桩长；qb为桩底均布压应力， ；ѡ为土的含水率。
按以上计算方法，各取特征点计算出高层塔楼、相邻部位及车库部位的基础沉降，结果见表1所
从表1中可以看出，由于高层塔楼部分桩端支承于⑥层中风化粉砂质泥岩上，其变形很小，地下车库部分桩端支承于④层粘土，桩底土的压缩量较大，因此沉降变形控制主要在于地下车库和高层塔楼相邻的部位。
针对相邻部分大底盘的桩基设计，采取桩长渐变和改变持力层的措施，使其桩端支承于⑤层强风化粉砂质泥岩，有效地降低了相邻部分的基础沉降。取渐变处的4排柱计算，其中高层塔楼、相邻部位及车库各部位的最大沉降差见表2所列。
分析表明，基础沉降及沉降差计算结果均在5～12mm内，满足0.002l（l为相邻柱的中心距）的规范要求。由此可见，按照以上方法对桩基进行设计和计算，其最大沉降量及沉降差可以控制得很理想，且概念清晰，取得了良好的设计效果。
三、大底盘的结构处理措施
本工程建筑设计为整体双层地下车庫，底板、顶板在同一标高，以46.0 m高程作为住宅小区内地坪基本标高，结合室外景观及道路的布置，结构设计扣800~1000 mm浮土厚度，地下室顶结构标高为45.0 m高程。
由于建筑场地西高东低（西边47.0 m，东南角41.90 m），最大高差约5.0 m，四周道路根据市政建设总体规划已经建成，这样就构成建筑物底层大底盘西边埋深为6 m，东边为埋深为1 m的现状。
为使高层单体埋深满足规范要求，设计以其相邻室外道路高程确定。主楼总高度97.0 m，最小埋深为H/18=5.4 rn，以1，2号楼为例，如图3所示。住宅小区内地坪基本标高为±0．000 m，相邻室外道路标高为-2.500 m，地下室底标高为-5.700 m，结构布置将高层部分的桩顶承台标高设在-7.700 m，承台问用连梁拉接增加整体刚度，这样高层单体的埋置深度为(单位：m)：3.200+2.000+0.800=6.000>5.4，满足规范要求。
大底盘的地下车库单层面积较大，长宽尺寸也超过了规范的标准，需分段解决超长结构问题，具体采取措施如下：
(1)设计：对每个计算单元按规范要求沿双向每隔30 m设一道变形后浇带，以减小混凝土收缩应力对结构的影响，同时地下室顶板、砼外墙砼内添加膨胀剂、防水剂及复合抗裂防渗纤维，在混凝土中搅拌均匀，加强混凝土材料介质的连续性和均质性，提高混凝土的阻裂能力，改善混凝土的脆性，降低混凝土表面裂缝。
(2)施工：严格控制混凝土的配合比及坍落度，为减小混凝土的收缩变形，制定混凝土养护保湿措施，拆模后混凝土周围环境相对湿度到80%以上，包括储水养护。对大体积混凝土，采用60d的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计依据，并要求控制施工完成后的混凝土强度不大于设计强度的1.2倍。
(3)高层单体与地下室之间设沉降后浇带，待主体封顶30d后再用高一标号等级的混凝土浇铸。
由于人工挖孔桩主要以桩端扩大头承载力为主，且单桩承载力较大，根据规范以静载荷试验确定其承载力，堆载太大且时间较长，不能满足工程进度的要求。
征得省内专家及质检部门的意见，在桩孔施工完成时验收，浇铸混凝土之前在桩底埋置压力盒，待桩混凝土达到强度后，利用设备测定桩的承载力。
4 结束语
综上所述，本工程依据具体地域条件采取适用的结构设计方案解决实际问题，节约了工程总造价，加快了工程施工进度，对类似工程具有良好的参考价值。其主要特点有：
(1)住宅建筑以钢筋混凝土结构体系为多，控制超长结构混凝土收缩和温度变形引起的裂缝本身就是一个难题，为此从设计和施工2个方面采取措施能更好地解决超长结构的裂缝问题。
(2)设定各个独立结构计算单元，结构受力体系明确 地下车库的框架结构对主体的稳定及抗震起到有利的作用，合理的结构布置形式应遵循“均匀、对称、周边”布置原则，这样更能起到良好的抗震作用。
(3)桩基的选型既能解决建筑竖向荷载的问题，也兼顾了单层车库的抗拔，减小了高层基础的埋深，同时主楼以中风化粉砂质泥岩为地基持力层，沉降量较小，有利于控制主楼与单层车库的沉降差。因此在设计中设置了沉降观察点，以达到提高结构安全性并保持结构良好延性的双重作用。
注：文章中涉及的公式和圖表请用PDF格式打开
关键词：大底盘；超长结构；温度应力；处理措施
工程概况：
本文以某住宅楼小区为例，该项目大底盘总占地面积68188m2，东西方向长约380.5 m，南北方向约270.0 m，总建筑面积为307162.6 m2。地下负一层为大底盘，首层为架空绿化。针对大底盘建筑的结构设计问题进行探讨，因有停车的要求，这使多塔整体建筑的结构设计变得复杂，成为住宅设计中应当着重解决的问题。
一、大底盘的分割
本工程的结构设计基准期为50 a，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为7度，基本地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类，建筑场地类别为Ⅱ类[1]。
该工程整体大底盘的地下车库平面面积近5×102 m2，塔楼与大底盘的平面布置突变处容易形成薄弱部位。结构设计首先按离散分割思想，切分大底盘，将各个塔楼分成完全独立的单塔楼结构分别计算分析。结合建筑防火分区布置，在地下适当位置设双墙分缝（沿东西方向3道，南北方向2道），缝宽800mm，用中粗砂分层填实，将地下车库分为长度约150.0 m的各个独立结构计算单元（A，B，C，D，E，F，G，H，J），如图1所示。
图1 大底盘结构分缝布置图
同时重视结构薄弱部位并加强抗震构造措施，为保证大底盘与塔楼整体工作，地下室顶板厚度增加为180mm，配筋率大于0.35%，双层双向贯通，使地下室满足规范要求的嵌固端条件。这样结构计算可将各个塔楼的地上部分分别按单塔进行抗震验算。东边E区室外道路地坪标高为-4.00 m，按一层裙房加地下室考虑，结构设计对裙房设缝切开，则仍可以分别按单塔结构计算分析。
二、大底盘的设计原则
高层塔楼采用钢筋混凝土纯剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为二级。结构计算均采用PKPM 系列SATWE软件进行整体空间分析[2,3]，考虑扭转耦联、双向地震作用和偶然偏心，楼层刚度算法采用层间剪力比层间位移算法，地下车库按8.0m×8.0 m布置柱网，井字形布置，结构采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，可以满足建筑使用要求。通过计算分析，各项输出计算参数均满足规范要求，可以作为设计依据。
本工程大底盘分割后的各结构计算单元基础设计中需考虑高层塔楼与车库荷载差异、地基承载力和变形等影响因素，根据工程地质勘察报告选用人工挖孔扩底端承桩，建筑桩基安全等级为一级。设计中分别对高层塔楼、地下车库及相邻部分的桩承载力和沉降变形进行计算分析。
2．1 桩基承载力计算
(1)地下车库部分。基础设计为桩身直径0.9 m的人工挖孔桩（兼作抗浮桩），以④层粘土为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=1100kPa，桩端扩大头直径D为1.6～2.6 m，要求桩端进入持力层1D且不小于2m。桩长约为8.5m。
例如取扩大头直径2 m，按建筑桩基技术规范计算单桩竖向承载力特征值为(单位：kPa，下同)：
0.795×1100×3.14×2×2/4≈ 2 746，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算：
0.65×fc×A=0.65×14300×0.636=5910> Quk×1.35=3707，
满足规范要求。
其中，Ap为扩大头面积；A为桩身面积；Φp为端阻尺寸效应系数。
(2)高层塔楼部分。基础设计为桩身直径1.0 m的人工挖孔桩，以⑥层中风化粉砂质泥岩为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=2600kPa，桩端扩大头直径为1.6～2.0 m，要求桩端进人持力层1.0m。桩长约为24.5 m。为节约工程造价，人工挖孔桩顶尽可能采用独立承台的布置形式，各承台间用650×1000的连梁联接以传递剪力墙承受的上部结构荷载，同时也加强主楼基础的整体性。
例如，取扩大头直径1.6 m，计算单桩竖向承载力特征值为（由于支承于泥岩上桩端阻尺寸效应系数取1）：
1×1100×3.14×1.6×1.6/4≈5224，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算：
0.65×fc×A=0.65×16700×0.785=8521> Quk×1.35=7052，
满足规范要求。
(3)相邻部分。为了减小基础沉降差异以及短桩对长桩桩身的水平作用影响，基础设计为桩身直径1.0 m的人工挖孔桩，以⑤层强风化粉砂质泥岩为地基持力层，桩端阻力特征值qpa=1800kPa，桩端扩大头直径为1.6～2.0rn，要求桩端进入持力层1.5 m。桩长分2次渐变，分别为13.5 m及20.0 m。
例如，取扩大头直径1.8 m，计算单桩竖向承载力特征值为：
0.816×1800×3.14×1.8×1.8/4≈3738，
满足基础竖向承载力要求。
桩身砼强度验算0.65×fc×A=0.65×14300×0.785=7296> Quk×1.35=5046，满足规范要求。
2．2 地基变形验算
与地基土相比，桩身刚度为无限大，因而大直径扩底桩桩端沉降可以看作在地基内部、中心荷载作用下的圆形刚性基础的沉降，大直径扩底桩在桩顶荷载P作用下，桩底沉降由4个部分组成：S=Sa+Sb1+ Sb2+Sc其中，Sa为群桩效应；Sb1扩大头桩端压力引起的桩底土的压缩；Sb2为桩侧摩阻力引起的桩底土的压缩；Sc 为桩身压缩变形。在桩顶外荷载作用下，大直径扩底桩桩周土和桩底土的竖向应力和位移的有效范围较小，在正常使用荷载作用下，竖向应力在平面上的有效范围约为1.5D，当桩距≥ 1.5D 时，群桩效应很小，可以忽略，且本工程的桩距均不小于1.5D，从工程意义上可以忽略群桩效应。其次，由于大直径扩底桩桩长L较短，在总承载力中摩阻力占的比例较小，由摩阻力引起的沉降Sb2很小，可以忽略不计。因此，可以认为大直径扩底桩的桩顶沉降S= Sb1+ Sc。
其中，P为桩顶荷载；Pb为桩底压力Pb=P-Qs，Qs为桩侧摩阻力；A为桩身横截面面积；Ec为桩身混凝土弹性模量；L为桩长；qb为桩底均布压应力， ；ѡ为土的含水率。
按以上计算方法，各取特征点计算出高层塔楼、相邻部位及车库部位的基础沉降，结果见表1所
从表1中可以看出，由于高层塔楼部分桩端支承于⑥层中风化粉砂质泥岩上，其变形很小，地下车库部分桩端支承于④层粘土，桩底土的压缩量较大，因此沉降变形控制主要在于地下车库和高层塔楼相邻的部位。
针对相邻部分大底盘的桩基设计，采取桩长渐变和改变持力层的措施，使其桩端支承于⑤层强风化粉砂质泥岩，有效地降低了相邻部分的基础沉降。取渐变处的4排柱计算，其中高层塔楼、相邻部位及车库各部位的最大沉降差见表2所列。
分析表明，基础沉降及沉降差计算结果均在5～12mm内，满足0.002l（l为相邻柱的中心距）的规范要求。由此可见，按照以上方法对桩基进行设计和计算，其最大沉降量及沉降差可以控制得很理想，且概念清晰，取得了良好的设计效果。
三、大底盘的结构处理措施
本工程建筑设计为整体双层地下车庫，底板、顶板在同一标高，以46.0 m高程作为住宅小区内地坪基本标高，结合室外景观及道路的布置，结构设计扣800~1000 mm浮土厚度，地下室顶结构标高为45.0 m高程。
由于建筑场地西高东低（西边47.0 m，东南角41.90 m），最大高差约5.0 m，四周道路根据市政建设总体规划已经建成，这样就构成建筑物底层大底盘西边埋深为6 m，东边为埋深为1 m的现状。
为使高层单体埋深满足规范要求，设计以其相邻室外道路高程确定。主楼总高度97.0 m，最小埋深为H/18=5.4 rn，以1，2号楼为例，如图3所示。住宅小区内地坪基本标高为±0．000 m，相邻室外道路标高为-2.500 m，地下室底标高为-5.700 m，结构布置将高层部分的桩顶承台标高设在-7.700 m，承台问用连梁拉接增加整体刚度，这样高层单体的埋置深度为(单位：m)：3.200+2.000+0.800=6.000>5.4，满足规范要求。
大底盘的地下车库单层面积较大，长宽尺寸也超过了规范的标准，需分段解决超长结构问题，具体采取措施如下：
(1)设计：对每个计算单元按规范要求沿双向每隔30 m设一道变形后浇带，以减小混凝土收缩应力对结构的影响，同时地下室顶板、砼外墙砼内添加膨胀剂、防水剂及复合抗裂防渗纤维，在混凝土中搅拌均匀，加强混凝土材料介质的连续性和均质性，提高混凝土的阻裂能力，改善混凝土的脆性，降低混凝土表面裂缝。
(2)施工：严格控制混凝土的配合比及坍落度，为减小混凝土的收缩变形，制定混凝土养护保湿措施，拆模后混凝土周围环境相对湿度到80%以上，包括储水养护。对大体积混凝土，采用60d的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计依据，并要求控制施工完成后的混凝土强度不大于设计强度的1.2倍。
(3)高层单体与地下室之间设沉降后浇带，待主体封顶30d后再用高一标号等级的混凝土浇铸。
由于人工挖孔桩主要以桩端扩大头承载力为主，且单桩承载力较大，根据规范以静载荷试验确定其承载力，堆载太大且时间较长，不能满足工程进度的要求。
征得省内专家及质检部门的意见，在桩孔施工完成时验收，浇铸混凝土之前在桩底埋置压力盒，待桩混凝土达到强度后，利用设备测定桩的承载力。
4 结束语
综上所述，本工程依据具体地域条件采取适用的结构设计方案解决实际问题，节约了工程总造价，加快了工程施工进度，对类似工程具有良好的参考价值。其主要特点有：
(1)住宅建筑以钢筋混凝土结构体系为多，控制超长结构混凝土收缩和温度变形引起的裂缝本身就是一个难题，为此从设计和施工2个方面采取措施能更好地解决超长结构的裂缝问题。
(2)设定各个独立结构计算单元，结构受力体系明确 地下车库的框架结构对主体的稳定及抗震起到有利的作用，合理的结构布置形式应遵循“均匀、对称、周边”布置原则，这样更能起到良好的抗震作用。
(3)桩基的选型既能解决建筑竖向荷载的问题，也兼顾了单层车库的抗拔，减小了高层基础的埋深，同时主楼以中风化粉砂质泥岩为地基持力层，沉降量较小，有利于控制主楼与单层车库的沉降差。因此在设计中设置了沉降观察点，以达到提高结构安全性并保持结构良好延性的双重作用。
注：文章中涉及的公式和圖表请用PDF格式打开