薛 剛

（銀川新華聯(lián)房地產開發(fā)有限公司 750020）

下沉式庭院類產品近年來由于其豐富的豎向表達及精致的景觀立面獲得了一定的市場認可度，從建筑的處理上來說這類產品一般分為全下沉和半下沉兩類。所謂全下沉類庭院即實際上為兩層地下室結構，其中地下一層作為庭院使用；而半下沉類庭院則基本均為一層地下室，庭院地面的標高一般處于地下室半層標高處，但就結構的處理上來說設計人員通常均以庭院地面標高作為基礎埋深的起算點。

筆者所負責的閱海新華聯(lián)廣場11#公寓樓項目原定采用半下沉庭院設計，后續(xù)由于各方原因此方案未能成行。但從設計層面來說對于半下沉功能的實現(xiàn)前期筆者做了大量的工作，且從結構體型及建筑功能來說半公建、半居住的單體也較具代表性，故下文將以此項目為切人，對半下沉類庭院產品的基礎埋深選取所帶來的結構穩(wěn)定性影響及抗傾覆作用分析做簡要論述。

1 規(guī)范梳理

基礎埋置深度的選取一取決于基礎持力層的選取，二就規(guī)范層面而言、《建筑抗震設計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》及《建筑地基基礎設計規(guī)范》中針相關問題也給出了如下要求（后簡稱《抗規(guī)》、《高規(guī)》、《地規(guī)》）。

JGJ 3-2010 《高規(guī)》 12.1.8 條，基礎應有一定的埋置深度。在確定埋置深度時，應綜合考慮建筑物的高度、體型、地基土質、抗震設防烈度等因素?；A埋置深度可從室外地坪算至基礎底面，并宜符合下列規(guī)定：

1.天然地基或復合地基，可取房屋高度的1／15；

2.樁基礎，不計樁長，可取房屋高度的1／18。當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性要求及本規(guī)程第12.1.7 條規(guī)定的前提下，基礎埋深可比本條第1、2 兩款的規(guī)定適當放松。

GB 50007-2011 《地規(guī)》 5.1.4 條，在抗震設防區(qū)，除巖石地基外，天然地基上的箱形和筏形基礎其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；樁箱或樁筏基礎的埋置深度(不計樁長)不宜小于建筑物高度的1/18。

由上述條文可知，針對天然地基或復合地基，基礎的埋置深度的取值按規(guī)范要求不宜小于建筑物高度1/15，而銀川地區(qū)高層多采用CFG 樁或砂夾石復合地基，故拋開地基承載力這一因素，大部分設計人員在建模時基本均以室外下沉庭院地面標高作為基礎埋深的起算標高。然我們注意到規(guī)范關于1/15 的要求并不是不可突破的，《高規(guī)》中也明確了在滿足地基承載力及穩(wěn)定性要求的前提下埋深要求可以適當放松，在基礎埋深不滿足1/15 的情況下，相應的穩(wěn)定性要求規(guī)范也有如下說明。

GB 50011-2010 《抗規(guī)》 4.2.4 條，高寬比大于4 的高層建筑，在地震作用下基礎底面不宜出現(xiàn)脫離區(qū)(零應力區(qū))；其他建筑，基礎底面與地基土之間脫離區(qū)(零應力區(qū))面積不應超過基礎底面面積的15%。

JGJ 3-2010 《高規(guī)》 12.1.7 條，在重力荷載與水平荷載標準值或重力荷載代表值與多遇水平地震標準值共同作用下，高寬比大于4 的高層建筑，基礎底面不宜出現(xiàn)零應力區(qū)；高寬比不大于4 的高層建筑，基礎底面與地基之間零應力區(qū)面積不應超過基礎底面面積的15%。質量偏心較大的裙樓與主樓可分別計算基底應力。

GB 50007-2011 《地規(guī)》 8.4.2 條，筏形基礎的平面尺寸，應根據(jù)工程地質條件、上部結構的布置、地下結構底層平面以及荷載分布等因素按本規(guī)范第5 章有關規(guī)定確定。對單幢建筑物，在地基土比較均勻的條件下，基底平面形心宜與結構豎向永久荷載重心重合。當不能重合時，在作用的準永久組合下，偏心距e 宜符合下式規(guī)定：

e≤0.1W/A

式中：W——與偏心距方向一致的基礎底面邊緣抵抗矩(m3)；A——基礎底面積(m2)。

2 項目概況

根據(jù)上述條文，回到本項目數(shù)學模型。項目為總高83.7 米辦公式LOFT 公寓項目，地上21 層、地下1 層，其中1、13-21 層層高5.4 米、2-12 層層高3.2 米，結構X 向長度65.6 米、Y 向寬度23.2 米，高寬比3.61，首層采用下沉式庭院設計，庭院地面標高-2 米（相對正負零結構板面），根據(jù)試算結果已知筏板厚度1.4 米，則基礎埋深如按1/15 要求應做到-(83.7/15+2)=-7.58 米。然如按此深度進行設計，項目地下部分的成本將大大增加，也非本文討論的重點。故我們先以地下室的正常使用層高4 米建立模型，則基礎埋深為-5.4 米?？紤]地下室為半埋、同時為考慮最不利情況下的計算結果，嵌固端選為基礎頂面，計算總信息中地下室層數(shù)定義為0，計算中不考慮回填土所提供的側向剛度及約束作用。

3 基礎穩(wěn)定性計算

上部結構計算完畢后，結構總信息中抗傾覆及整體穩(wěn)定驗算結果如下：

由計算結果可見抗傾覆力矩遠大于傾覆力矩，其二者比值均大于一，由此可基本判斷基底應不可能出現(xiàn)零應力區(qū)。同時結構剛重比滿足《高規(guī)》要求，可不進行重力二階效應驗算。隨后我們將所有荷載傳遞到基礎模型后基底反力的計算結果如下：

由上圖可見其中最不利組合Y 向地震作用下的最小基底反力為171Kpa，印證了我們對于總信息的判斷，同時根據(jù)下圖所示的基礎重心校核結果：

由上可見本案結構的形心與剛心基本重合，偏心距e 的驗算結果符合《地規(guī)》要求。

基于上述計算結果，上部結構整體穩(wěn)定、計算結果未出現(xiàn)傾覆作用、基底未出現(xiàn)零應力區(qū)、基礎偏心驗算符合要求，我們是否就可以依此判斷結構的穩(wěn)定性沒有問題？

按照上述思路，筆者將模型中的基礎埋深放在基本凍深，即從室外下沉庭院地面標高之下1.5 米，計算極限狀態(tài)下的基礎反力，所得到的結果較上述結果遞減了20%左右，但仍未出現(xiàn)零應力區(qū)。通過對比不同工程模型我們發(fā)現(xiàn)，事實上除高寬比大于4 的高聳結構外、常規(guī)結構體型即使基礎埋深不滿足1/15 要求，其基底反力的計算結果也很難出現(xiàn)零應力區(qū)。然如果我們仔細研讀規(guī)范，會發(fā)現(xiàn)上述計算都停留在結構的穩(wěn)定性分析而未考慮基土的破壞作用，故在其上計算的基礎上，我們還應進行地基的穩(wěn)定性分析。

4 地基穩(wěn)定性計算

要確定地基的穩(wěn)定性，首先要明確基土可能存在的破壞方式，根據(jù)邁耶霍夫條形淺基礎的土體破壞模型我們可知剪切破壞首先發(fā)生于基礎邊緣點之下（如下圖），關于邁耶霍夫的淺基礎極限承載力計算方法在土力學教材中有詳細說明。然此種計算方式主要針對天然地基且計算復雜，針對銀川地區(qū)高層常用的CFG 樁復合地基需要一種更為簡化的計算方法。

要判斷地基是否穩(wěn)定，一要計算最危險滑動面上的安全系數(shù)是否滿足要求，二要確定基礎角部塑性區(qū)的臨界荷載是否滿足要求，針對這兩方面問題，規(guī)范有如下說明。

GB 50007-2011 《地規(guī)》 5.4.1 條，地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動面法進行驗算。最危險的滑動面上諸力對滑動中心所產生的抗滑力矩與滑動力矩應符合下式要求：

MR/ MS≥1.2

式中：MS- 滑動力矩(kN·m)；

MR- 抗滑力矩(kN·m)。

JGJ 79-2012 《建筑地基處理技術規(guī)范》3.0.7 條，處理后地基的整體穩(wěn)定分析可采用圓弧滑動法，其穩(wěn)定安全系數(shù)不應小于1.30。散體加固材料的抗剪強度指標，可按加固體材料的密實度通過試驗確定；膠結材料的抗剪強度指標，可按樁體斷裂后滑動面材料的摩擦性能確定。

同時本條條文說明中明確“如果考慮剛性樁折斷，采用材料摩擦性質確定抗剪強度指標，剛性樁加固后的穩(wěn)定安全系數(shù)與砂樁復合地基加固接近（不考慮砂樁排水固結作用）?！保弧安捎肅FG 樁復合地基加固，CFG 樁斷裂后，材料間摩擦系數(shù)取0.55，折算內摩擦角取29°，計算的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05”。

根據(jù)上述條文，我們在計算工作開始之前首先需要明確最危險滑動面位置，根據(jù)引文[5]3.2.1 推論，可知圓心處于基礎角點處的滑動面即為最危險滑動面（如下圖），由此我們開始進行穩(wěn)定計算。

4.1 安全系數(shù)K 計算

根據(jù)計算模型，已知L=65.6M,B=23.2M,H=83.7M,總質量Geq=681640KN，現(xiàn)針對滑動中心O 取矩，則有：

1.最不利組合下的附加壓力作用

MU=PUХB2/2=(p-γ0d)ХLХB2/2

=(449-18Х3.4)Х65.6Х23.22/2

=6849857 KNM

2.基底以上滑動面處的抗剪作用

τ0=σtanψ+c0=γ0dtanψ(1-sinψ)+c0

=18Х3.4Хtan280Х(1-sin280)+13

=30 KN/M2

Mτ=[γ0dtanψ(1-sinψ)+c0]ХdХB

=30Х3.4Х23.2=2366 KNM

3.滑動面上粘聚力的抗剪作用

MC=∫0

πcBdθB=πB2c

=3.14Х23.22Х15=25351 KNM

（天然地基及復合地基粘聚力加權平均）

4.滑動面終點基底上土重的抗剪作用

MQ=QХB2/2=γ0dХB2/2

=18Х3.4Х23.22Х0.5=16470 KNM

5.滑動面起點處總質量的抗傾覆作用

MG=GeqХB/2=7907024 KNM

根據(jù)上述計算：

MR=MG+MC+MQ+Mτ=7951211 KNM

MS=MU=6849857

則有MR/MS=1.16＞1.05,滿足CFG 樁復合地基安全系數(shù)要求。

4.2 基礎角部塑性區(qū)的臨界荷載驗算

已知zMAX=B/4=23.2/4=5.8M,ψ=290，c=15Kpa，q=γd=18Х3.4=61.2KN/M2，則有：

NC=πcotψ/(cotψ+ψ-π/2)=7.95

Nq=(cotψ+ψ+π/2)/(cotψ+ψ-π/2)=5.59

N1/4=π/[4(cotψ+ψ-π/2)]=1.15

P1/4=cNC+qNq+γBN1/4=995Kpa ＞ 最不利基礎角點荷載718Kpa，滿足臨界荷載的安全儲備要求。

5 穩(wěn)定性評價結論

根據(jù)上兩節(jié)驗算結果我們可知，本案計算模型在基礎埋深不滿足1/15 的情況下，通過對基礎的零應力區(qū)的校核及地基滑動面的穩(wěn)定性計算，可以判定其地下結構的抗傾覆安全性滿足相關規(guī)范和現(xiàn)行理論的要求，為今后類似項目的設計工作提供了參考依據(jù)。