带地下室高层建筑嵌固端的选择与分析

带地下室高层建筑嵌固端的选择与分析

作者：王海强

摘要：相同条件下的高层建筑，有地下室的震害相对小，地下室层数多的比层数少的震害轻，而高层建筑嵌固在地下室顶板最经济合理；对于某些工程，因建筑空间要求及一些客观原因，造成地下室顶板刚度等不满足嵌固规定，无法作为上部结构的嵌固部位，只能将嵌固部位下移，由此提高工程的造价。 关键词：嵌固，地下室顶板，侧向刚度

一．地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时：

《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95中对地下室定义为房间地平面低于室外地平面的高度超过该房间净高一半者。而在张维斌的《多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例》中，其认为带地下室的高层建筑，宜将上部结构的嵌固端部位设在地下室顶板，此时地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3。《高规》对嵌固端的要求是嵌固层与首层的侧向刚度比不宜小于2。《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6-2011(以下简称《箱筏规范》)规定对采用筏形基础的单层或多层地下室以及采用箱形基础的多层地下室，地下一层的侧向刚度大于或等于首层侧向刚度的1.5倍时，地下一层顶板可作为结构的嵌固层。按照嵌固要求的解释，地下室顶板是否满足嵌固条件的主要在于能否保证上部结构在地上一层墙、柱下端形成有效的塑性铰，以保证上部结构的地震作用或者风荷载能够通过基础或者地下室传递到地基中去。因此，笔者认为地下室顶板作为上部结构的嵌固部位应满足下列要求： 1)地下室周围均有土的良好约束。

2)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3。 3) 地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。

注：按照《箱筏规范》筏形和箱形基础的嵌固要求是地下一层与首层的侧向刚度比≥1.5（部分单位不认可，按此要求时应与施工图审查单位沟通）。

《抗规》中又对地下室顶板作为上部结构的嵌固部位做出如下要求：

1)地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围（一般可从地上结构{主楼、有裙房时含裙房}周边外延不大于20m）以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；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%。

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；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。

3）地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一： ①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受弯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。

②地下一层梁刚度较大时，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面积均应比计算增大10%以上；

4）地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应小于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

如此规定，以确保塑性铰只能在上柱底部截面出现，以实配的抗震受弯承载力形式实现。对于地下室柱截面有条件加大的情况，可通过加大柱截面面积以实现地下柱每方向的实际受弯承载力不小于相应地上柱的1.1倍，同时地下柱的每侧纵向钢筋面积不宜小于地上柱。

《箱筏规范》规定对大底盘整体筏形基础，当地下室内、外墙与主体结构墙体之间的距离符合下表要求时，地下一层的结构侧向刚度可计入该范围内地下室内、外墙刚度，但此范围内的侧向刚度不能重复使用于相邻塔楼。当地下一层的侧向刚度小于与其相连的上部结构底层楼层侧向刚度的1.5倍时，建筑物的

嵌固部位可设在筏形基础或箱形基础的顶部，结构整体计算分析时宜考虑底层土和基侧土的阻抗，可在地下室与周围土层之间设置适当的弹簧和阻尼器来模拟。 表1.地下室墙与主体结构墙之间的最大间距d

非抗震设计 d≤50m

抗震设防烈度 6度，7度 d≤40m

8度 d≤30m

9度 d≤20m

二．地下室顶板不作为上部结构的嵌固部位时：

对于某些工程，因建筑空间要求及一些客观原因，造成地下室顶板刚度等不满足嵌固规定，无法作为上部结构的嵌固部位。可依次验算地下二层及以下各层对首层的楼层侧向刚度比，当满足γ≥2时，便可确定上部结构的嵌固部位。当地下二层满足γ≥2时，地下二层顶板可做为上部结构的嵌固层，此时，还应满足地下一层侧向刚度不宜小于首层的侧向刚度；《箱筏规范》规定地下室为单层箱形基础时，箱形基础的顶板可作为上部结构的嵌固部位。可以充分利用基础的“无限刚”的假定，也为首层楼面的灵活选型创造条件。

地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其作为上部结构的嵌固端。

三．嵌固部位所在楼层不同对建筑结构的影响：

计算嵌固端时采用地下室结构的楼层侧向刚度指结构自身的刚度，在确定上部结构嵌固部位时，楼层侧向刚度比的计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用。实际上，回填土对地下室结构的约束大约为地下室结构自身刚度的3~5倍。因此地下室顶板对上部结构的嵌固作用是客观存在的，无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，结构设计中应考虑地下室顶板处的实际存在的嵌固作用，采取相应加强措施。《高规》中规定普通地下室顶板厚度不宜小于160mm（也是考虑施工堆载等）。

抗震设计的高层建筑，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级；当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下时，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端。地下室顶板不作为上部结构的嵌固部位时，考虑地下室顶板的实际嵌固而做的结构加强措施及抗震构造措施的改变，造成结构造价的提高，影响工程的经济性。 四．结语

地下室顶板不作为上部结构的嵌固部位时，考虑地下室顶板的实际嵌固而做的结构加强措施及抗震构造措施的改变，造成结构造价的提高，影响工程的经济性。因此，在条件允许下，应优先选择地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。

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