1、关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考【摘要】本文主要介绍了嵌固层的基本知识，阐述了地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求及对上部结构嵌固作用的主要分析方法，本文根据工程实例进行了简单的探讨和思考。 【关键词】高层建筑，结构设计，地下室嵌固作用 中图分类号： TU97 文献标识码： A 一、前言 随着我国经济社会的发展以及城市建设的进程，城市用地非常紧张，因此现在很多大城市都会采取建设高层建筑的方法来缓解土地紧张的问题。同时为了增加使用面积，所以高层建筑通常都会带有地下室。在高层建筑结构中设计地下室时，嵌固作用是我们需要考虑的重要因素。 二、嵌固层简介 嵌固层，是以一个坚硬、稳定，可以牢固握
2、裹住上部结构的一个刚体，比如旗杆下面的台座等。嵌固层的作用是能限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移，并能将上部结构的剪力全部或大部传递给下部结构，使上部结构竖向构件的塑性铰出现在竖向构件的根部这就要求作为嵌固端的下部结构必须具有较大的侧向刚度，以保证事实嵌固端的形成。 通常在结构设计中，较为普遍地是取建筑物的地下室作为上部结构的嵌固端。事实上，在建筑结构中，由于各种工程项目的不同，地下室的实际状况亦有所不同，比如地下室顶扳与室外地面的高差13；又比如因为工程需要在地下室顶板上开设大洞口等；这时，地下室顶板就不能作为上部结构的嵌固层，而应调整嵌固位置；即使地下室在形态上满足作为上部结构嵌固
3、层的条件，还必须满足地下室的楼层侧向刚度大于相邻上部结构楼层侧向刚度的 2 倍这个最重要的条件。 三、结构嵌固端的条件 高层建筑的结构嵌固端通常是选择在地面标高处，但地面标高处要真正成为结构嵌固端是有条件的，而且在输入首层计算高度时还有许多讲究。 1.地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端，除非其高差仅为 13 级台阶高度时才可能考虑； 2.地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖)，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度； 3.地下室侧壁要有良好的侧限，即必须与“地球”有良好的接壤，上述半地下室
4、顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。 对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求，假设满足抗震规范 ”的要求，对于高层建筑来说，由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量，上述要求仍很难满足。就此要求而言，则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端，而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。 2.与嵌固端相关的技术问题结构嵌固端的形成或者说上部结构对嵌固端的要求，在工程设计中还可引伸出若干相关的技术问题及其正确的设计方法。在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋深问题，高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的
5、整体稳定(包括抗滑)，其次有利于减弱地震反应。规范对高层建筑的基础埋深有一量化规定，即天然地基或复合地基基础，但这一规定仅与建筑物的总高度有关，而与其它因素无关。但我们在认真思考后发现基础埋深与建筑物总高度有关。基础埋深还应与高层建筑的裙房底部基座宽度、地下室底盘宽度等因素有关，对地下室面积仅为塔楼投影面积者应偏于严格，相反对没有裙房或地下室面积大于塔楼投影面积者则可略为放松。 四、嵌固端的选取及相关问题 高层建筑结构嵌固端的确定对结构计算结果的真实性和准确性有很大的影 响，选取结构嵌固端是结构设计中的一个重要环节。 1.引言高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌
6、固端的选取却面临着各种不同情况，如不设地下室但基础埋深较大；设有地下室但其层数或多或少，且基础形式不同等。根据以上情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性。 五、地下室对上部结构嵌固作用的主要分析方法 1、在设计结构时，带地下室的高层建筑计算模型一般有下面几个主要问题：（1）如何对地下室的刚度合理考虑。 （2）如何准确反映回填土对地下室的约束作用。 （3）如何对基础作用加以考虑分析。 2.现阶段在设计上部结构时不直接考虑基础的作用，通常是假设在基础面上约束，或者在施工模拟荷
7、载时近似考虑。为合对地下室的刚度合理考虑，通常是把地下室和上部结构一起建模。针对回填土对地下室约束作用的分析方法，近年来，理论研究较多，获得了一定的研究成果。先行主要两种：有嵌固水平位移法和弹簧刚度法： （一）嵌固水平位移法 要把上部的结构和地下室的结构看成一个完整的体系来分析，嵌固的位置要在基础的底板的地方，还要根据具体的结构和临近的楼层不同侧向的刚度的比较，更好的做好位置的选择，便于限定水平的位移为零。计算楼层侧向刚度的方法主要有剪切刚度、剪弯刚度以及楼层剪力与层间位移的比值三种。这三种方法含义不一样，计算结果差别也比较大。在设计方案时，地下室侧向刚度比一般用剪切刚度比；设计施工图时，采用
8、楼层剪力与层间位移的比值计算。 （二）弹簧刚度法 考虑时，把上部结构和地下室作为一个整体，嵌固部位设在基础底板处，而且在每层地下室的楼板处导入水平弹簧刚度，其值的大小与回填土对地下室约束作用的强弱相关。SATWE 软件中的参数“回填土对地下室作用的相对刚度比” ，意思就是回填土的约束刚度与地下室本身抗侧移刚度的比值，假如取值为 0，表示不对回填土的约束作用加以考虑；假如取值在 l5 之间，表示回填土具有一定的约束作用，取值与约束作用强度成正比；假如取值是负值，表示地下室有嵌固部位，在其下部的各层没有水平位移。 六、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求 嵌固端的选取固然很重要，但是在选定嵌固端后
9、，如何保证其成为真正的嵌固端也是设计人员所关心的重要问题。 抗规6.1.14 条规定了地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时的有关要求。主要包括： 1.楼板厚度不宜小于 1 8 0 mm。 2.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。 3.顶板不宜开大洞。 4.地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 2 倍。规范这样规定主要是考虑柱在地上一层的下端出现塑性铰，而不是梁柱节点两侧的梁出现塑性铰，通常采用提高地下室顶板梁受弯承载力且增大地下室柱顶的受弯承载力的方法来考虑柱底的嵌固。 地下室侧向刚度与上部楼层结构侧向刚度比对地下室嵌固
10、作用的大小有很大的影响，通过建立规则框架模型，改变地下室结构的侧向刚度，分析结构的动力、内力和变形特性。考虑地下室回填土作用与不考虑地下室回填土的约束作用误差比较明显，当侧向刚度比大于 2 时，两种建模方式计算结果相对误差较小，说明此时地下室建模时，嵌固对结构性能计算结果影响不大，验证了规范规定当地下室侧向刚度与上部结构侧向刚度比大于 2 的条文规定。 七、结构软件对地下室结构的处理方法 在实际工程设计中，经常运用 SATWE 有限元软件进行结构计算，主要可采用以下三种方法考虑嵌固端的选取问题：以地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为 0这种方法没有考虑地下土体对地下室的侧面嵌固作用，增加了结构
11、的计算高度，计算模型与实际情况有所误差，一般都不采用。取地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为 24，一般取 3。这种方法对地下室外的土压力有一定的考虑，但是由于土堆地下室的约束作用的影响因素十分复杂，难以确定具体约束作用的大小，这种方法虽不够精确，但是相比前一种方法稍好，也是目前工程界应用最多的方法。 八、工程实例 某地产公司位于昆明市的一幢办公楼。其地下一层(39m)、地上十二层，单层建筑面积约 1 100 平方米。抗震设防烈度 8 度，设计基本地震加速度为 O290 结构类型采用框架剪力墙结构。地下室顶板作为上部结构嵌固端设计，采用 SATWE 软件计算。 九、结语 总的来说，高层建筑所受
12、负荷比较严重，基础设埋较深，所以地下室的嵌固作用非常重要，对整个建筑的质量以及安全问题有着非常重要的影响。因此工作人员要采取一定的措施，优化结构设计，从而保证建筑的质量和安全。 参考文献 1郭启芹 关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考J 城市建设理论研究（电子版） -2011 年 35 期 2张洪亮 卢星星 关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考期刊论文 城市建设理论研究（电子版） -2011 年 33 期- 3李靖宇 浅谈高层建筑结构设计中地下室嵌固作用期刊论文 城市建设理论研究（电子版） -2012 年 30 期- 4陈振 关于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考J 建筑 -2011 年 18 期-
