探討高層建筑地下室頂板嵌固的設計

李章俊

摘 要：社會經濟飛速發展，人們的生活水平不斷提高，建筑業在不斷的進步與發展，高層建筑也越來越多，人們對建筑的要求也在不斷的增多。在高層建筑中，地下室頂板作為嵌固端，在實際工程中對嵌固端的設計計算會存在一定的誤差。該文針對高程建筑地下室頂板的嵌固設計進行一定的分析，研究和嵌固端相關的技術問題，確保其嵌固端的正確選取，保證高層建筑結構設計的真實性與準確性。

關鍵詞：高層建筑 地下室 頂板嵌固設計

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（c）-0054-02

在建筑的結構設計中，嵌固端即固定端，防止構件在固定的部位有任何的位移。在高層建筑中，多設有地下室用于防震與減輕地震的破環程度、增加地基的承載力、提高結構設計的傾覆能力。在高層建筑的結構計算中，正確的選取嵌固端是重要的一項假定，關乎著結構中構件準確的內力分配、結構產生側移是否真實、結構局部是否具有經濟性。在高層建筑設計中，采用地下室頂板用作結構的嵌固端是非常常見的計算模式，合理的選取地下室結構的嵌固端十分的重要。

1 地下室頂板作為高層建筑上部結構嵌固端的要求

依據高層民用建筑防火設計的規定，對高層建筑的結構計算，如果地下室頂板用作上部結構的嵌固端時，地下室樓層的側向剛度要不小于相鄰結構的樓層側向剛度的兩倍。但在實際的工程建設中，由于地下室側向剛度和塔樓側向剛度之間具有不連續性，所以當地下室作為上部結構的嵌固時，通常是有一定的條件的。地下室頂板作為高程建筑上部結構的嵌固端重點在于加強地下室樓層側向剛度、加強整體的承載能力，為滿足上部結構嵌固端的要求，高層地下室應滿足以下要求：

（1）地下室頂板的設計要盡量不出現開設大洞的情況，結構上采用現澆梁板，嚴格控制各項構件的規格，混凝土的強度等級控制在C30以上，樓板的厚度控制在180 mm以上，每層的都要采用雙層雙向的配筋，配筋率控制在0.25%以上。

（2）對地下室的柱截面縱向的鋼筋面積的要求，一是滿足計算要求，二是與地上一層對應柱每側的鋼筋面積相比，要不小于地上一層鋼筋面積的1.1倍，且地下室的剪刀墻的配筋也要比地上一層的配筋多。

（3）在對地下室柱底嵌固端的設計時，要提高地下室頂板梁的受彎承載力，增加柱頂承載力。因地下一層的柱會出現塑性鉸所以一定要加強對柱底嵌固的考慮。

（4）地下室邊柱角柱問題，依據其一面有梁的特點，在提高梁端截面的實際彎矩承載力時可采用的方法有：一是梁截面的增加，二是梁配筋的增加但梁截面不增大，要保證邊柱角柱的梁截面要大于柱下端的實際承載力。

2 實際工程中地下室嵌固端出現難判斷的原因

在實際的工程設計中，經常會遇到一些問題，影響設計的方案，在遇到以下情況時，要適當的考慮地下室頂板是否可以用作高層建筑的上部結構中的嵌固端。

2.1 地下室出現埋置深度較淺情況

依據《高層建筑混凝土結構技術規程》與抗震規范的指導，嵌固的概念是強度嵌固，區別于完全剛性固定的力學嵌固，強度固定的嵌固點可以平動和轉動，沒有實現完全約束，柱塑性鉸出現在了地上一層的下端，沒有出現在梁柱的節點兩側梁上的位置，所以被稱為強度嵌固。對于出現的地下室埋置深度較淺的情況，如果前提條件是側向的剛度、地下室的樓板、梁、柱與剪刀墻都滿足了嵌固的要求，就可以適當的考慮用于嵌固。

2.2 地下室頂板出現標高不一致情況

前提條件是樓板要連續、滿足嵌固部位的需求，包括：側向剛度、地下室樓板、梁、柱與剪刀墻。不同于上一種情況，在地下室頂板出現標高不一致的情況，還需要特別注意兩種情況：一是必須要保證的剪力的傳遞性；二是錯平處梁受扭問題要特別的注意。

3 結構設計分析

設計師要對高層建筑中的結構設計做出最合理的設計分析，減少計算內力與位移產生的誤差，減少不安全性，保證地下室頂板的嵌固達到理想的嵌固約束要求。下面是對結構設計中的分析建議。

3.1 一層地下室

在高層建筑中設置的是一層的地下室時，一般情況下會選用基礎底板作為結構的嵌固端，這樣就可以利用剛度的優勢，便于首層樓面的結構選型，也可以保證結構計算準確性。

（1）半埋式地下室，考慮到周邊填土的影響，地下室缺乏足夠的約束，就會出現水平的位移，在對嵌固端的選取是要以地下室的頂板作為嵌固端。

（2）全埋式地下室，有兩種情況，一是在樓層的上下剛度比滿足所需要求時，用頂板處作為結構的嵌固端，二是在不能滿足需求時采用地下室的底板作為結構的嵌固端，樓層的剛度比包括：地下一層和首層之間、首層和2層之間。

（3）風荷載作用的情況下，依據風荷載規范，風荷載的標準值是由高度z處的風度系數、風荷載體型系數、風壓的高度變化系數、基本風壓的乘積組成，其公式為：wk=βzμsμzWo。依據公式得出，如果結構自振周期增加，風荷載也會隨之增加，也就是說在按固端的模型計算的風壓值會小于實際的風壓值。

3.2 多層地下室

在多層地下室中，其地下一層以下的各項、層都是不需要計算地震的作用的且也不會承受風荷載的作用，所以在一般的情況下都會采用地下室頂板部位作為嵌固端。在結構計算中，以頂板為嵌固端，計算所得的結果更能反映上部結構的實際情況。為保證地下室的頂板真正的成為結構的嵌固端，就要按照固定標準全方位的進行要求與約束，控制好樓層的上下剛度比，樓層上下的剛度比有兩種情況：一是地下一層的側向剛度比與首層相比不能小于2；二是在首層的層高超過2層層高的1.5情況下，首層的側向剛度比與2層不能小于4.5。

（1）全埋式地下室，在多層地下室中，周邊填土對其有足夠約束作用，使地下室的側向出現變形的現象，在一定程度上地下室樓層的側向剛度被提高，減少了嵌固層的結構變形，發揮更好的作用。在樓層的剛度比與規范要求相符合時，用頂板處作為結構的嵌固端。endprint

（2）半埋式地下室，在多層地下室中其負一層是半埋式時，頂板因為室內外高差的原因，造成頂板的平面剛度可能較小，或者地下室側壁因為遠離主體結構造成上下層的結構剛度比較小，在這種情況下，就要采用更下一層作為結構的嵌固端。

3.3 抗震等級

機構設計要符合剛度規范要求、抗規要求，在滿足條件的情況下直接按照規范進行地下結構的地震等級選取，一些特殊的情況做適當的調整：

地下室的一側或者兩側開敞的情況，在對嵌固端進行考慮時，要先滿足剛度的規范與構造的要求，因土的約束作用在逐漸減小，其地下各層的抗震等級的選取要與上部的結構相同。

半地下室的情況，半地下室的覆土深度一般在地下的一層，處于層高的一半位置。如果地下室的頂板滿足剛度規范與構造要求時，地下一層的抗震等級與上部結構相同，地下二層的抗震等級要比地下一層減一級（見圖1）。

3.4 地下室頂板設轉換層

在對高層建筑的結構設計中，因為地下室經常設有停車場，這時就要在地下室的頂板上設裝換層，依據地震與風荷的作用，地下室有不同的結構設計特點：

（1）在實際的結構設計中，加強剪刀墻的結構底部需要取頂板的上二層和墻肢總高的八分之一處的較大值。在地下室的四邊都有覆土的情況下，要從覆土下面的第二層樓板的標高算起，在對構造配筋的選擇上，覆土下面的二層往下的剪刀墻選用三級或者四級的構造配筋。

（2）在地下室的一面沒有覆土的情況下，依據《高層建筑混凝土結構技術規程》對構造、剛度與抗震等級的要求，在滿足要求的情況下，可以在頂板或者其它層設置嵌固端。

（3）在地下室的頂板有大開洞的情況下，要先考慮洞口對這一層的剛度產生的削弱作用，因為洞口的大小沒有特定的計量標準，這時就要先計算看是否符合嵌固的要求，依據具體的情況做適當的調整。

3.5 按嵌固端計算對上部結構層間位移的影響

在進行計算結構頂點的加速度時，要依據《高層居民用建筑鋼結構技術規程》的規定，該規程中規定橫內風的頂點最大的加速度要與結構的第一周期的平方之間是反比關系，即在周期變短的情況下，頂點的加速度就會增加，反之周期變長，頂點的加速度就會減小，因此在進行頂點加速度的限值計算影響要偏于安全。

如果在嵌固端加初始位移角，從而上部結構層間的位移角就會加大。這時就要考慮兩種情況，一是在不按照固端計算時，二是按照固端計算的情況，前者會加大層間的位移，后者也會加大層間的位移角，因為按照固端計算，就會導致計算的周期減小，加大了地震力。依據這兩種情況，得出在設計合理的情況下，要依據上下部一起工作來對層間的位移角進行考慮，在此基礎上還要將土的約束作用考慮進去。

通過對結構設計的分析會得出在結構的自振周期控制在0.1 s以內和風荷載的作用前提下，依據規范要求進行嵌固的計算，這時計算的內力會相對偏小，這時就要將土的約束作用考慮進去，從整體出發進行計算；多層地下室中，要對層的剛度比加以計算，準確判斷嵌固端的位置，如果多層地下室有轉換層，先要對嵌固端的位置進行判斷，對轉換層與嵌固端之間的高度進行計算，判斷是否可以高位轉換，再對土的約束作用進行考慮，用來判定剪刀墻的底部加強區范圍。

4 結語

在對高層建筑的結構設計中，正確的選取結構的嵌固端是非常重要的一個環節，影響著結構計算的準確性與真實性，正確的選取結構的嵌固端，保障結構的布置與配筋構造，發揮高層建筑中地下室的作用，保證建筑業的持續發展。

參考文獻

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