帶非周邊約束地下室高層建筑嵌固端選擇分析

【摘 要】對于非周邊約束的高層建筑結構，地下室部分是否作為地上一層進行計算關系結構計算高度和剪力墻底部加強部位的確定；地下室頂板是否作為上部結構的嵌固端，關系著結構的計算假定和相應構造措施的選取。因此，我們要加大對于帶非周邊約束地下室的高層結構嵌固端選擇的研究。文章主要對此進行了簡答的分析。

【關鍵詞】非周邊約束;地下室;高層建筑;嵌固端

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，建筑業(yè)一枝獨秀，發(fā)展迅速，特別是高層建筑的發(fā)展更是日新月異。高層建筑往往帶有地下室，有些甚至帶幾層地下室。一方面地下室可以作為地下停車庫、設備用房等來使用，方便住戶，節(jié)省用地，另一方面地下室可以增加基礎埋深，對于增加結構整體穩(wěn)定性和提高抗傾覆性能有著極大的作用。在重慶、四川等山地丘陵地區(qū)，存在著大量的山地類建筑，其中帶半地下室、非周邊約束地下室的高層建筑也非常之多。在此類結構中，地下室是否作為上部結構的一層計算以及地下室頂板是否可以作為上部結構的嵌固端，我國現(xiàn)行規(guī)范對此均未做相應的規(guī)定。下面以具體的工程做簡要的分析。

1.結合具體工程對高層建筑非周邊約束地下室嵌固端分析

該工程結構為框架-剪力墻結構，地上一層結構為商業(yè)空間，層高為6.0m，2~18層為住宅，層高為2.8m。結構抗震設防烈度為6度。該高層建筑地下室結構超長，且各部分結構剛度和體形不規(guī)則。地下室除左側無土以外，其余3側均有土的約束，屬于非周邊約束地下室。對于特殊非周邊約束地下室可以作為結構地下室進行計算分析。但是由于非周邊約束地下室受力原理復雜，結構型式和約束條件各異，對于此類高層建筑結構嵌固端的選擇有一定的難度。我國現(xiàn)行規(guī)范所指的高層結構地下室嵌固是指強度嵌固而非力學嵌固。力學嵌固是指完全剛性的固定，嵌固點以下剛度無窮大，嵌固點無平動、轉動，實現(xiàn)了完全的約束，即所謂的固結。強度嵌固是指地下室結構以及室外回填土的剛度達到限制結構水平移動的能力，且柱的塑性鉸出現(xiàn)在地上一層的下端，而不是出現(xiàn)在梁柱節(jié)點兩側的梁上，即強梁弱柱。“抗震規(guī)范”指出：帶地下室的多層及高層建筑，當?shù)叵率业膭偠群褪芗舫休d力比上部樓層相對較大時，地下室頂板可視為嵌固部位，在地震作用下的屈服部位將發(fā)生在地上樓層。下面主要通過非周邊約束地下室風荷載及地震作用分析，以判斷非周邊約束地下室頂板是否可以作為上部結構的嵌固端，以及應滿足的條件。

1.1非周邊約束地下室風荷載作用分析

在高層建筑結構分析中，風荷載往往起控制作用。對于前文所述的帶非周邊約束地下室的高層建筑，由于臨空面地下室受風荷載作用，即風荷載起算點應為此面外的室外地坪處，且對于山區(qū)的建筑物，應對風壓高度系數(shù)進行修正。但是由于其對應面處于室外地坪以下，且受到土的良好約束，如地下室結構無較大錯層且地下室各層樓板滿足構造要求，則地下室臨空面所受風荷載能通過地下室梁板傳至土體之中，地下室結構樓層層剪力不大于相鄰上部樓層。當?shù)叵率覙菍优c相鄰上部結構樓層側向剛度比滿足要求，且地下室頂板等滿足構造要求時，地上一層墻、柱下端能形成有效的塑性鉸。

1.2非周邊約束地下室地震作用分析

對于一般高層建筑而言，上部結構支承在地下室上，地下室鑲嵌在地盤中。地下室在地震時隨著地基一起振動，橫波來了隨橫波動，縱波來了隨縱波動，所以取得了地盤運動的特性。即加速度、周期等基本上與地盤相同，若基礎(地下室)設計的合理，地基處理(包括地下室周圍的回填土)措施得當。保證地震動時，地下室不產(chǎn)生滑移和傾覆，可以認為地下室與地盤間不產(chǎn)生相對運動，所以地震反應甚小。震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地表附近震害較嚴重，地下室較輕。

在上述工程中，由于周圍土體的作用以及地下室本身剛度的影響，可以滿足塑性鉸首先出現(xiàn)在地上一層墻、柱下端的條件。所以，此類地下室頂板可以作為上部結構的嵌固端，但是應滿足相應的嵌固條件：地下室結構與相鄰上部結構的側向剛度比滿足要求，全部地下室宜有與地下室頂板相連的封閉外墻。地下室應至少在結構兩個主方向的一側有土的良好約束，對于另一側無土約束的方向，可以適當增加該方向地下室結構的側向剛度。地下室頂板及墻、柱等構造措施滿足要求。

2.高層建筑帶非周邊約束地下室相關問題分析

2.1房屋計算高度

對于帶非周邊約束的地下室的高層建筑，地下室部分是否作為地上一層進行計算關系結構計算高度和剪力墻底部加強部位的確定；地下室頂板是否作為上部結構的嵌固端，關系著結構的計算假定和相應構造措施的選取。我國現(xiàn)行規(guī)范未對非周邊約束地下室以及室外地坪面為坡面的的房屋高度進行相應的定義。房屋計算高度主要用于判斷高層建筑類型，蓋型式和抗震等級等。對于此類地下室周圍非周邊約束結構，房屋計算高度應從應該綜合考慮結構嵌固端，室外地坪標高等因素。

2.2剪力墻底部加強部位

剪力墻底部加強部位是指在剪力墻底部的一定高度內(nèi)，適當提高承載力和加強抗震構造措施。彎曲型的剪力墻，塑性鉸一般出現(xiàn)在墻肢底部，將塑性鉸及其以上的一定高度范圍作為加強部位，在此范圍內(nèi)采取增加邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等加強措施，避免墻肢剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。“抗震規(guī)范”規(guī)定：抗震設計時，一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部兩層二者的較大值，當剪力墻高度超過150m時，其底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/10；部分框支剪力墻結構底部加強部位的高度應符合本規(guī)程第10.2.4條的規(guī)定。地下一層一般可按加強部位設計，其邊緣構件設計可與地上一層相同。若地下室多于一層，地下2層以下一般可以按構造邊緣構件要求設計。當?shù)叵率乙粚禹敯宀荒茏鳛樯喜拷Y構的嵌固端時，通常地下一層底板處可基本滿足。此時剪力墻底部加強部位的高度應從該處向上算，取墻肢總高度的1/8及地下一層加首層高度的較大值，且不大于15m。

2.3地下室外墻的設計

對于地下室非周邊約束情況，部分地下室外墻同時承受平面內(nèi)及平面外荷載，即地下室外墻作為擋土墻和抗震剪力墻參與結構受力。且此類地下室外墻總高度與總寬度之比小于2，受水平地震作用下的破壞性態(tài)為剪切破壞，稱之為“矮墻效應”。針對以上情況，由于地下室外墻不能開設洞口，同時為了避免地下室外墻的“矮墻效應”，建議通過在外墻上開豎縫予以解決，同時應做好地下室外墻的防水處理措施。

對于非周邊約束地下室結構，地下室外墻下宜設置條形基礎，則擋土墻所受平面外靜止土壓力沿豎向直接導入條基。而主體結構承受豎向荷載及地震作用，計算時可以不要考慮土壓力。

【參考文獻】

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