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[摘要] 随着超高层住宅建设项目的逐渐增多，超限住宅结构设计问题引起工程设计人员的高度关注。蚌埠云龙观邸C1#住宅楼工程，主楼与地下车库仅通过地下通道相连，该工程为高度超限结构，且高宽比超出规范中对A级高度的要求，结构整体抗倾覆问题是结构设计中的重点问题，针对本工程的特点，介绍了应对结构整体抗倾覆问题的措施；采用JCCAD 软件对基础进行沉降计算。
[关键词] 超高层结构；超限；结构整体抗倾覆；基础沉降
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
本工程位于蚌埠市汤和路与向湖路交口西南侧。本工程建筑高度148.00m，设计耐火等级为一级；本工程设计地下3层，地上51层，地下一层高3100，地下二、三层高2900，地上首层层高3200，第二、三层层高2800，其他层层高为2900，本工程总建筑面积为25883.24m2，其中地下1428.99m2，地上建筑面积24454.25m2。结构类型：剪力墙结构；抗震设防烈度为7度；设计使用年限50年。C1#楼室内标高29.250米。
工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7 度，结构抗震设防类别为丙类，基本风压按100 年一遇
0.50kN/m2 取值。
2 工程地质及基础方案选择
2.1工程地质特征
本工程为1栋51层商住楼，楼高约为150米。预估采用筏形基础或箱形基础，上部结构为剪力墙结构。拟建场地位于向湖路与汤和路交叉口西南角。场地地面标高在27.19～27.80米之间，地形较平坦。场地的地貌类型为剥蚀准平原。地基各岩土层的形成时代及成因类型简述为：全新世素填土层(Q4ml)、晚更新世坡积层和残积层(Q3dl+el)及晚太古代(Ar)区域变质形成的花岗混合岩。
根据钻探揭露，本场地在20.0米深度范围内，存在2个地下含水层组：第一含水层组：地下水类型属上层滞水，主要分布于①层素填土及②层粉质黏土的裂隙中；其水量大小受大气降水和地表水控制，以竖直渗透补给为主。地下水的初见水位与稳定水位埋深基本一致，勘察期间地下水位在1.87～2.02米之间。第二含水层组：地下水类型属承压水，主要分布于③层全风化花岗混合岩中，补给方式以水平迳向补给为主，勘察期间承压水头高出③层全风化花岗混合岩顶面1.0米左右。勘察期间为枯水期。按正常年份，蚌埠地区6～9月份为丰水期，12月～次年3月份为枯水期，水位年变化幅度为1.0米左右。本拟建场地的抗浮设防水位埋深为1.0米。
表1地基土基本性质
Table 1Basic properties of foundation soil
2.2基础选型
工程±0.000 为绝对标高71250m,主楼和裙房、纯地下室底板面标高均为- 101600m。本工程楼高150米，预估基础埋深10米；从本场地承载能力来看，同时结合本工程，④层中等风化花岗混合岩承载力较高，且埋深较浅，可作为天然地基持力层，基础采用天然地基上的筏形基础。
3 筏板基础设计
3.1筏板设计
主楼筏板的厚度主要由冲切计算确定，裙房及纯地下室为梁板式筏板，筏板厚度主要是由基础刚度要求、水浮力下底板抗渗要求及配筋量等综合决定的。采用JCCAD 软件计算桩筏整体受力，选用多种内力组合，对不同筏板厚度的底板配筋量及基础变形进行比较分析，经多轮优化计算后，最后确定筏板厚取2.5m。基础混凝土强度等级为C40。
3.2基础沉降分析
根据结构的实际受力情況，定义以下分析工况:恒载、活载、x 与y 向风载、x 与y 向地震反应谱荷载。设计采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 中标准组合、基本组合和准永久组合。
根据上述所得单桩刚度输入模型，考虑上部结构刚度，基础与桩考虑为铰接，后浇带按实际位置输入，并考虑后浇带封闭前荷载完成70%，筏板通过软件自动划分。采用弹性地基梁板法进行计算。
根据地基规范要求，计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，且不应计入风荷载和地震作用。
结构的沉降主要由恒载产生。为比较计算理论值与实际沉降值，采用恒载下计算沉降值。图2为恒载标准值下基础沉降值。现主楼沉降最大值为6mm，主楼与纯地下室部分的差异沉降在规范允许值内。
图2筏板沉降等值线图/mm
Fig. 2 Raft the settlement contours / mm
4 罕遇地震作用下结构整体稳定验算及措施
4.1结构整体抗倾覆措施
罕遇大震作用下的整体稳定由以下几个方面控制：1）罕遇大震作用下的结构最大层间位移角应满足规范要求；2）结构应有足够的埋深和足够的地下室外边界尺寸；3）基础处理应满足受拉的要求。
本设计方案采用筏板基础，主楼筏板厚为2.5m，其周边外伸0.5m。主楼部分板底持力层为（4）中风化花岗混合岩，裙房独立柱基础持力层为（4）中风化花岗混合岩。建筑±0.000标高对应绝对高程为29.250m，筏板底绝对标高为17.850m。
本工程地下室3层，高度8.9米，考虑到底板厚2.5米，去掉室内外高差0.45，总共埋深为10.95米。结构满足规范H/15=148.45/15=9.9米的埋深要求。为了保证和提高Y向的整体稳定性，地下室在Y向增加4米，提高了Y向的抗倾覆能力，如图3所示。
图3结构整体抗倾覆计算示意图
Fig. 3 Schematic structure of the whole anti-overturning calculation
4.2结构整体抗倾覆验算
结构在两个方向的整体抗倾覆验算如下：
X向 ：
G=701078.4 kN； V0=52897kN
H=148.4m；C=11.12m；B=56.2m；
Y向：
G=701078.4 kN； V0=48892 kN；
H=148.4m；C=11.12m；B=28.8m；
计算结果整理见表2：
表2基础地底面零应力区与结构整体倾覆
Table 2Base to the bottom with zero stress zone overturning the whole structure
式中：H为建筑地面以上高度；C为基础埋深；B为基础底面宽；G为建筑总重力荷载代表值；为总水平力标准值；为倾覆力矩标准值；为抗力矩标准值；为零应力区比例。
罕遇地震作用下X向零应力区比例为0，Y向抗倾覆安全度为 1.88，零应力区比例为29.9%，参照《高规》JGJ3-2010第12.1.7条及文献[4] 知：本工程罕遇地震作用下的抗倾覆安全度仍略大于多遇地震作用下JGJ3-2010规定值(H/B>4高层建筑）的1/2；另外，本工程持力层刚度较大，根据文献[4]总结，要求可适当放松，故结构整体抗倾覆有足够的安全度。
5 结论
⑴采用JCCAD 软件计算桩筏整体受力，选用多种内力组合，对筏板底板配筋量及基础变形进行计算，筏板厚度满足冲切计算要求。
⑵采用恒载标准值计算基础沉降值。现主楼沉降最大值为6mm，主楼与纯地下室部分的差异沉降在规范允许值内。
⑶本工程细高，为了保证和提高Y向的整体稳定性，地下室在Y向外扩，提高了Y向的抗倾覆能力；经计算，罕遇地震作用下X向零应力区比例为0，Y向抗倾覆安全度为 1.88，零应力区比例为29.9%，结构整体抗倾覆有足够的安全度。
[关键词] 超高层结构；超限；结构整体抗倾覆；基础沉降
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
1 工程概况
本工程位于蚌埠市汤和路与向湖路交口西南侧。本工程建筑高度148.00m，设计耐火等级为一级；本工程设计地下3层，地上51层，地下一层高3100，地下二、三层高2900，地上首层层高3200，第二、三层层高2800，其他层层高为2900，本工程总建筑面积为25883.24m2，其中地下1428.99m2，地上建筑面积24454.25m2。结构类型：剪力墙结构；抗震设防烈度为7度；设计使用年限50年。C1#楼室内标高29.250米。
工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7 度，结构抗震设防类别为丙类，基本风压按100 年一遇
0.50kN/m2 取值。
2 工程地质及基础方案选择
2.1工程地质特征
本工程为1栋51层商住楼，楼高约为150米。预估采用筏形基础或箱形基础，上部结构为剪力墙结构。拟建场地位于向湖路与汤和路交叉口西南角。场地地面标高在27.19～27.80米之间，地形较平坦。场地的地貌类型为剥蚀准平原。地基各岩土层的形成时代及成因类型简述为：全新世素填土层(Q4ml)、晚更新世坡积层和残积层(Q3dl+el)及晚太古代(Ar)区域变质形成的花岗混合岩。
根据钻探揭露，本场地在20.0米深度范围内，存在2个地下含水层组：第一含水层组：地下水类型属上层滞水，主要分布于①层素填土及②层粉质黏土的裂隙中；其水量大小受大气降水和地表水控制，以竖直渗透补给为主。地下水的初见水位与稳定水位埋深基本一致，勘察期间地下水位在1.87～2.02米之间。第二含水层组：地下水类型属承压水，主要分布于③层全风化花岗混合岩中，补给方式以水平迳向补给为主，勘察期间承压水头高出③层全风化花岗混合岩顶面1.0米左右。勘察期间为枯水期。按正常年份，蚌埠地区6～9月份为丰水期，12月～次年3月份为枯水期，水位年变化幅度为1.0米左右。本拟建场地的抗浮设防水位埋深为1.0米。
表1地基土基本性质
Table 1Basic properties of foundation soil
2.2基础选型
工程±0.000 为绝对标高71250m,主楼和裙房、纯地下室底板面标高均为- 101600m。本工程楼高150米，预估基础埋深10米；从本场地承载能力来看，同时结合本工程，④层中等风化花岗混合岩承载力较高，且埋深较浅，可作为天然地基持力层，基础采用天然地基上的筏形基础。
3 筏板基础设计
3.1筏板设计
主楼筏板的厚度主要由冲切计算确定，裙房及纯地下室为梁板式筏板，筏板厚度主要是由基础刚度要求、水浮力下底板抗渗要求及配筋量等综合决定的。采用JCCAD 软件计算桩筏整体受力，选用多种内力组合，对不同筏板厚度的底板配筋量及基础变形进行比较分析，经多轮优化计算后，最后确定筏板厚取2.5m。基础混凝土强度等级为C40。
3.2基础沉降分析
根据结构的实际受力情況，定义以下分析工况:恒载、活载、x 与y 向风载、x 与y 向地震反应谱荷载。设计采用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) 中标准组合、基本组合和准永久组合。
根据上述所得单桩刚度输入模型，考虑上部结构刚度，基础与桩考虑为铰接，后浇带按实际位置输入，并考虑后浇带封闭前荷载完成70%，筏板通过软件自动划分。采用弹性地基梁板法进行计算。
根据地基规范要求，计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合，且不应计入风荷载和地震作用。
结构的沉降主要由恒载产生。为比较计算理论值与实际沉降值，采用恒载下计算沉降值。图2为恒载标准值下基础沉降值。现主楼沉降最大值为6mm，主楼与纯地下室部分的差异沉降在规范允许值内。
图2筏板沉降等值线图/mm
Fig. 2 Raft the settlement contours / mm
4 罕遇地震作用下结构整体稳定验算及措施
4.1结构整体抗倾覆措施
罕遇大震作用下的整体稳定由以下几个方面控制：1）罕遇大震作用下的结构最大层间位移角应满足规范要求；2）结构应有足够的埋深和足够的地下室外边界尺寸；3）基础处理应满足受拉的要求。
本设计方案采用筏板基础，主楼筏板厚为2.5m，其周边外伸0.5m。主楼部分板底持力层为（4）中风化花岗混合岩，裙房独立柱基础持力层为（4）中风化花岗混合岩。建筑±0.000标高对应绝对高程为29.250m，筏板底绝对标高为17.850m。
本工程地下室3层，高度8.9米，考虑到底板厚2.5米，去掉室内外高差0.45，总共埋深为10.95米。结构满足规范H/15=148.45/15=9.9米的埋深要求。为了保证和提高Y向的整体稳定性，地下室在Y向增加4米，提高了Y向的抗倾覆能力，如图3所示。
图3结构整体抗倾覆计算示意图
Fig. 3 Schematic structure of the whole anti-overturning calculation
4.2结构整体抗倾覆验算
结构在两个方向的整体抗倾覆验算如下：
X向 ：
G=701078.4 kN； V0=52897kN
H=148.4m；C=11.12m；B=56.2m；
Y向：
G=701078.4 kN； V0=48892 kN；
H=148.4m；C=11.12m；B=28.8m；
计算结果整理见表2：
表2基础地底面零应力区与结构整体倾覆
Table 2Base to the bottom with zero stress zone overturning the whole structure
式中：H为建筑地面以上高度；C为基础埋深；B为基础底面宽；G为建筑总重力荷载代表值；为总水平力标准值；为倾覆力矩标准值；为抗力矩标准值；为零应力区比例。
罕遇地震作用下X向零应力区比例为0，Y向抗倾覆安全度为 1.88，零应力区比例为29.9%，参照《高规》JGJ3-2010第12.1.7条及文献[4] 知：本工程罕遇地震作用下的抗倾覆安全度仍略大于多遇地震作用下JGJ3-2010规定值(H/B>4高层建筑）的1/2；另外，本工程持力层刚度较大，根据文献[4]总结，要求可适当放松，故结构整体抗倾覆有足够的安全度。
5 结论
⑴采用JCCAD 软件计算桩筏整体受力，选用多种内力组合，对筏板底板配筋量及基础变形进行计算，筏板厚度满足冲切计算要求。
⑵采用恒载标准值计算基础沉降值。现主楼沉降最大值为6mm，主楼与纯地下室部分的差异沉降在规范允许值内。
⑶本工程细高，为了保证和提高Y向的整体稳定性，地下室在Y向外扩，提高了Y向的抗倾覆能力；经计算，罕遇地震作用下X向零应力区比例为0，Y向抗倾覆安全度为 1.88，零应力区比例为29.9%，结构整体抗倾覆有足够的安全度。