设计中高层带地下室结构嵌固端的合理选取

2013-08-15潘近乐

中国建筑金属结构 2013年4期

关键词：固端塔楼楼层

潘近乐

（深圳机械院建筑设计有限公司，广东深圳 518000）

随着经济的发展，人民生活水平的提高，高层建筑的日益普及，为了满足埋深以及使用功能的要求，带地下室的建筑越发增多，地下室层数也越做越多，设计中高层带地下室结构嵌固端的合理选取就显得尤为重要。

一、工程案例

某工程26层带2层地下室，6度区，主楼在车库内，车库顶板标高2.35，负一层板面标高1.500，顶板和负一层高差850，负二层板面标高-1.450，覆土厚1650，如图（一）所示

从剖面图上判断，塔楼库房层，也就是负一层楼面与汽车库顶板较接近，尽管有高差850，所以从传递地震水平力的角度看，负一层底板也就是标高1.5处作为结构嵌固端应该比较合理。

（一）从传递水平力来说，塔楼正负零离地下室顶板距离为1950，比850大许多，水平力应该是大部分通过顶板往负一层的板面传递；

（二）其次负一层的刚度验算也无法满足嵌固端要求，尽管如果考虑地下室外墙的刚度，是很容易实现地下一层刚度大于上一层刚度的两倍，从而保证正负零的嵌固作用，但是建筑使用功能上又要求塔楼边的外墙不能落地，否则影响塔楼负二层的使用，所以还是首先否定了嵌固端取在塔楼的正负零层。

（三）根据《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010(以下简称《抗规》)中6.1.14条规定，“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合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”，如果把地下一层作为嵌固端，那么刚度比要求不需要满足负二层大于负一层的两倍的，因为规范上只规定了地下室顶板作为嵌固端的刚度要求，而没有规定地下一层作为嵌固端要求的刚度规定。

（四）刚度要求只需要按《高规》3.5.2条中的规定，对框架结构，楼层与其相邻上层的侧向刚度比，本层与相邻上层的比值不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8，对框架-剪力墙结构，剪力墙结构，框架-核心筒结构，本层与相邻上层的比值不宜小于0.9，对本层层高大于相邻上层层高1.5倍时候，该比值不宜小于1.1，对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5(注：嵌固设在地下室顶板，则首层就是嵌固层，其余层类推)。

（五）当然具体工程实施的时候，还主要还是征询审图办的意见，审图办依照《抗规》6.1.14中规定，当把负一层作为嵌固端时候，负二层刚度也要达到2倍负一层刚度的话，也一样可以达到相同的效果，可以在模型里边把负二层按规范要求，考虑相关范围的地下室柱子刚度对负二层的贡献，也就是把塔楼周边外延3跨且不小于20米范围的柱子添加进模型里计算，要是刚度尚不满足，还可以适当在车库里沿着停车方向加几片剪力墙，只要不影响建筑使用即可，这样一般也容易达到负二层刚度大于负一层刚度的两倍。

（六）另外，在负一层与地下室顶板错层地方可以通过加腋手段的构造措施保证正负零的地震作用传给地下室顶板上。负一层塔楼边跨的梁箍筋配筋也需要适当加强即可。

2 地下室结构嵌固端的选取的条件

（一）地下室与室外地坪的高度差不能超过本层层高的1/3；

（二）地下室顶板应为梁板体系，且该层楼面不得留有大洞口。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的左右梁端截面实际受弯承载力之和不能小于下柱端实际承载力之和；

（三）地下室顶板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜低于C30，并要采用双向双层配筋，并且配筋率不低于0.25%；

（四）地下室的楼层剪切刚度不能小于相临上部结构楼层剪切刚度的两倍。

3 PKPM结构设计软件中地下室结构嵌固端的选取办法

针对我们平时设计一般采用的中国建筑科学研究院编制的PKPM结构设计软件，我们在结构设计时候如何合理选取相关参数去设置带地下室高层结构嵌固端，应分几步考虑：

（1）首先将地下室和上部结构统一建模，在“地下室信息”条中，将“回填土对地下室的约束刚度”取为0（不考虑土的约束，因为通常很多地下室外围均为松散回填土甚至淤泥，），选择“剪切刚度”进行计算，然后在WMASS.OUT总信息中看地下一层和地上一层的刚度比（与2进行比较）：如果地下一层刚度/地上一层刚度大于等于2，那么可以满足条件，即地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端，然后第二次将“地下室信息”中按实际层数输入地下室的层数进行计算，程序会按照实际情况进行内力调整，此时需注意顶板要满足《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010(以下简称《高规》)里地下室顶板作为嵌固端的要求，楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，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%。地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层柱子配筋要相应加大等等。

（2）如果地下一层刚度/地上一层刚度不满足条件，即数值小于2，那么此时地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端，但是往往在实际情况中，室外土对结构本身有着一定的侧向约束作用，此时对于带一层地下室结构，就要将嵌固端取在基础顶面，对于带一层以上地下室的结构可将嵌固端部位取在地下一层楼板处，即在“地下室信息”中输入“ ----地下室的层号”(如果地下室为一层，输入0，地下室为二层，输入1；地下室为三层，输入2)。

（3）对于地下室为2层的高层建筑，或者多层地下室为大空间的情况，也可以采用保守算法，将嵌固端取在基础顶面，或者也可以部分考虑地下室与上部结构的共同作用，在“地下室信息”中“回填土对地下室的约束刚度比”选项中填入1～5，通常情况下取为3，表示嵌固程度为70～80%。

（4）不论上述所指的各种情况，其室外地坪至正负零处的距离均不应小于第一层地下室的层高的1/3，否则嵌固层的取值宜向下增加一层的高度，只有一层地下室的只能从地下室底板或者基础顶算起。