关于地梁层在设计中如何应用的探讨

苏燕阳

【摘要】对于多层不带地下室的建筑结构，由于设计需要经常会在首层楼面处拉设相应的框架梁与楼板，形成一个位于地面标高的楼盖体系，俗称“地梁层”。“地梁层”不仅可以承受楼层的竖向荷载，同时输入的柱脚内力包含了地梁传来的荷载、可直接用于基础设计，还可以减小首层柱到基础间的长度，对设计人员的工作提供了极大的便利。但实际设计中对于“地梁层”如何设计，以及在SATWE计算软件中如何应用，不同的设计人员常常持有不同的设计理念和设计方法，造成相似工程的设计结果有一定程度的差别，本文对相关异同设计方案提出个人观点。

【关键词】地下室；地梁层；设计；应用

1、是否需要将“地梁层”定义为地下室楼层

个人认为应该将“地梁层”定义为地下室楼层，结构在风荷载以及地震作用的计算中将扣除设计人员所定义的地下室楼层部分，从模型的第二层（即“地梁层”以上一层）开始进行计算。将“地梁层”定义为地下室楼层，并不代表该“地梁层”就是实际的地下室楼层，对于设有地下室的高层建筑结构，由于地下室周边自然土的约束作用，地面以下范围的结构部分不受风荷载作用，同时受到的地震作用会随着结构“插入”地面的深度逐渐消散。而设有“地梁层”的多层或小高层建筑结构，一般采用浅基础设计，虽然埋深不大，但是在地震作用的消散方面客观上也有着一定程度的贡献。然而结构计算总是需要各种接近实际工程受力情况的假设，埋在土里的“地梁层”具有一定消散地震作用的能力，所以假设埋在地面内的“地梁层”基本被周边的自然土或回填土（前提是回填土的压实系数满足了设计的要求）束缚住，地震作用与风荷载不往下传递，这是可行的且比较符合实际情况的方法，对设计结果并不会产生较大的影响，只要后期的施工图中对相关梁柱构件采用构造方面的加强措施即可。所以，个人认为应该将“地梁层“定义为地下室楼层，由于“地梁层”周边的土一般采用杂填土进行回填压实，所以在SATWE参数设置的地下室信息中，“土层水平抗力系数比”应填入较为适中的数值比如取3。

2、是否需要将“地梁层”定义为嵌固部位

定义了地下室楼层之后，是否需要将“地梁层”定义为嵌固部位，对于个别设计人员“当首层设有结构底板就可以定义为嵌固部位，反之则不定義为嵌固部位”的观点，个人认为不妥，地梁与基础一起埋在地面内，一定程度上充当着地下室楼层的角色，那么就可以考虑“地梁层”也是地下室的顶板部分（虽然在施工中土方挖动导致地面土质疏松，但是只要压实系数能满足相应的要求，也能将其与地下室归并为同一类）。多高层建筑结构设置嵌固部位其中一个很大的原因就是要控制结构在实现强剪弱弯的情况下尽可能让塑性铰出现在整体结构底部，所以将“地梁层”定义为嵌固部位的做法也是为了控制结构的塑性铰出现在“地梁层”节点处，避免整体结构的塑性铰出现在基础顶面处；而且定义嵌固部位之后软件对结构嵌固部位以下部分的竖向构件自动执行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.14条第3款的条文规定进行计算分析，并且得出相应的配筋计算结果，这些调整更有利于控制塑性铰出现在“地梁层”节点处。所以，个人认为，从理论上对结构进行分析，应将“地梁层”定义为嵌固部位，而定义嵌固部位后，在施工图绘制时也应当满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.14条第3款中对结构嵌固部位的条文规定。

3、结构性能指标计算与结构承载力极限验算时，在建模期间何时将该地梁层进行组装

对于结构整体指标的计算，个人认为不组装该“地梁层”的模型计算出来的配筋计算结果更为准确，更符合整体结构“扎根”于地面的客观受力情况。首先，《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第11.4.1条规定：一、二、三、四级抗震等级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3及1.2（注释：底层指无地下室的基础以上或地下室以上的首层），那么，首层为“地梁层”与首层为“地梁层”以上一层两种情况下，它们柱底内力的调整系数是不同的，这会导致计算结果之间的误差增大，而规范的柱底内力调整系数实际上是对结构首层框架柱的调整，也就是地面以上一层即“地梁层”以上一层的框架柱进行调整，所以将“地梁层”作为首层进行计算则会出现错误的计算结果；此外，组装“地梁层”后框架柱的计算长度系数与实际会有一定程度的偏差，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第6.2.20条的表6.2.20-2中对框架结构各层柱的计算长度的规定，组装后“地梁层”框架柱的计算长度系数为1.0，而“地梁层”以上一层框架柱的计算长度则为1.25，如此一来地面一层计算的受压承载力变小，使得设计更加保守（尤其在竖向荷载极大的情况下），因“地梁层”以上一层的柱是“嵌固”在地面上的，所以柱长度系数完全可以采用1.0进行计算。

对于不组装“地梁层”进行计算的模型中，应注意的是首层层高的取值，某些设计人员认为，模型中首层层高根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）的要求应取基础顶到地面以上二层的楼面，即地面以上一层的层高加上基础的埋深，但是个人认为这种做法是对抗规该条文的错误理解而导致的，理由是：无论首层是否设板，只要有“地梁层”的框架梁对框架柱在节点处产生约束，则柱的计算长度就会减小，且假设不设置“地梁层”，从基础到地面标高处也有相应的杂填土进行回填，只要压实系数满足设计要求，那么该回填土对框架柱的约束也足以使框架柱在该范围内的计算长度减小。所以，对于结构性能指标计算时，在模型中不组装“地梁层”的做法，本人表示赞同，而且也符合前述地下室层数及嵌固层数定义的必要性。

结构承载力极限验算时，个人认为在计算模型中有必要将“地梁层”与其他楼层进行整楼组装，如此一来便可准确计算出“地梁层”梁板构件的配筋计算结果。而对于底层柱的配筋信息，应将“地梁层”与“地梁层”以上一层的柱配筋信息进行包络取值，且个人建议对模型中“地梁层”的框架柱即基础面到地面标高范围内的框架柱的截面进行加大，以加强首层柱与基础的连接，另一方面也可以解决基础到地面标高范围内的短柱效应，无论在竖向荷载还是水平荷载作用下都充当着一个基础到框架柱之间的过渡者（有点类似约束边缘构件到构造边缘构件的过渡层），也能使得结构塑形铰更加容易出现在“地梁层”节点处。

4、小结

综上所述，无地下室的建筑结构首先应尽量在地面标高处拉设“地梁层”以承受首层的竖向荷载，该“地梁层”的相关梁、板、墙、柱构件的截面尺寸及保护层厚度应符合相关防腐及防渗的要求，但在计算软件模型中该“地梁层”应分情况进行设计。在结构性能指标计算中，不考虑该“地梁层”的作用，楼层组装中不对该“地梁层”进行组装，结构首层以地面以上一层为准；在承载力极限验算中，计算模型中应将该“地梁层”进行整体组装，并且定义为地下室楼层与嵌固部位，计算所得的梁板配筋信息可直接使用于施工图绘制，计算所得的框架柱配筋应取“地梁层”与“地梁层”以上一层的计算结果的包络值，如此一来，才是正确地使用“地梁层”所得到的计算结果。

参考文献：

[1]吴念. 无地下室的基础地梁设计探讨.[J].江西建材.2010.