淺述大底盤地下室設計

孫雙全

摘 要：根據高層建筑結構大底盤地下室的受力特點，進行了計算方法的闡述和分析等問題探討，并提出了一些實用的技術措施。

關鍵詞：大底盤地下室；嵌固部位；整體模型；分離模型

隨著經濟技術的發展和建設科技的進步，建筑結構也日益朝著功能多樣化和結構形式復雜化發展，新建小區帶大底盤地下室的高層建筑越來越多，有些甚至帶幾層地下室。大底盤地下室是上部結構在地基內的延續，既可為上部結構提供可靠的嵌固，又將上部結構與地下室連接成有機的整體。因此如何設計一個既安全可靠又經濟合理的地下室一直是眾多專家和設計人員較為關心的問題。

1 帶大底盤地下室的高層結構特點

帶有地下室的建筑結構的一個重要特點是上部結構與地下室具有共同的位移場，相互協調變形，而且地下室外的回填土對結構具有一定的約束作用。這種約束作用主要表現在對地下室水平位移的約束，而對豎向位移和豎向轉動的約束作用十分有限，一般可以忽略不計。因此可引出在模型計算分析中非常關鍵的兩個概念：嵌固部位和嵌固端，在平時的工程設計中可以發現，很多設計人員會將兩者混為一談。嵌固端，也就是力學嵌固，相對于計算模型而言，指除承受軸力、彎矩、剪力之外，水平位移、豎向位移、轉角位移均為零的部位。嵌固部位：也就是強度嵌固，指在該部位限定結構的水平位移，而對其它自由度并不施加任何限制。我國現行規范所指的高層結構地下室嵌固，就是指強度嵌固而非力學嵌固。強度嵌固也可理解為，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，且柱的塑性鉸出現在嵌固部位上部的柱下端。因此，在帶大底盤地下室的高層結構的計算分析中，嵌固部位的選取非常關鍵，這不僅關系到結構構件內力分配的準確性，而且還影響結構產生側移的真實性。

2 計算模型特點分析

嚴格地講，在建筑結構分析與設計中，上部結構、地下室、基礎和地基應作為一個整體統一考慮，并應合理考慮地下室外回填土對結構的約束作用。然而在實際設計時，主要有以下兩種計算模型：

2.1 整體模型

整體結構模型的優點是真實反應地下室對上部結構的剛度約束，獲得真實的結構整體反應。進行整體結構模型設計時需注意以下幾個問題：如何合理考慮地下室剛度；如何正確反應地下室外回填土的約束作用；如何考慮基礎的影響。 合理考慮地下室剛度比較簡單，在整體模型中，將嵌固部位取在地下室底板處，地下室周圍不施加側向約束，即可得到地下室的真實側向剛度。有關地下室外回填土的約束作用和基礎變形對上部結構的影響，近幾年理論界研究較多，已取得一些研究成果，但要直接應用于工程設計還有一定困難。目前在上部結構設計中一般不直接考慮基礎影響，而是假定在基礎面上嵌固約束?；靥钔僚c地下室之間的作用是相互的，鑒于目前規范的反應譜理論是基于剛性地基假定的，一般采用兩種考慮回填土約束作用的分析方法：嵌固水平位移法和彈簧剛度法。嵌固水平位移法是一種近似模擬回填土約束無限大的方法，在回填土約束剛度不大的情況，這種方法得到的計算結果誤差較大，故一般在整體模型計算中較為少用。彈簧剛度法的計算模型是將上部結構與地下室作為一個整體考慮，嵌固端取在基礎底板處，在工程分析中應用該方法時，設計人員需要確定水平彈簧剛度的具體取值，即通常在SATWE軟件中要求輸入回填土對地下室約束作用的相對剛度比，其含義是回填土的約束剛度與地下室本身抗側移剛度的比值，可操作性較強。

2.2 分離模型

分離模型即以地下室頂板作為上部結構的嵌固部位，將上部結構與地下室分離為兩部分獨立模型，按各自的功能要求分別進行內力與位移的計算。分離模型的優點是：對于地下室連成一片，而上部多個小塔樓的情況，要進行整體分析任務繁重，且可能模型構件數量超限，而分離模型則可以在結構誤差允許的范圍之內進行相應的結構計算和分析。但是采用分離模型進行設計時，嵌固部位的選取以及相應的梁板柱的要求應滿足《建筑抗震設計規范》6.1.14條及相關條文說明的規定。這里需要特別引起設計人員重視。

2.3 不同模型結果比對

根據兩種模型的特點，結合多年來的工程設計實踐可發現，以地下室頂板為嵌固部位，分離出來的上部結構與原整體結構相比，基本周期與頂層位移值會有所變小，但是差異較小，而底層柱內力在大部分工程中會出現較大變化。因此，在進行帶大底盤地下室高層建筑結構設計時，需同時考慮以上兩種設計模型進行計算，具體可歸納為：計算參數調整時一般采用分離模型，最后的配筋計算時一般采用整體模型且用分離模型結果校核配筋做到包絡設計。

3 結語

帶大底盤地下室的高層結構設計中，地下室設計的安全可靠、經濟合理顯得非常重要。筆者認為以下幾點需引起重視：（1）結合帶有地下室的高層建筑結構的受力特性，充分理解嵌固的真實含義，在計算模型中正確設置切合實際的邊界條件。（2）高層建筑結構底部嵌固部位的選取必須明確可靠，類似于半地下室、局部地下室、地下室頂板標高不連續等工程，需根據實際的約束情況、傳力特點，合理調整結構布置，滿足相應的計算分析條件和構造措施，使得類似工程的地下室頂板可以作為上部結構的嵌固部位。（3）在進行帶大底盤地下室高層建筑結構設計時，需同時考慮兩種設計模型進行計算，具體可歸納為：計算參數調整時一般采用分離模型，最后的配筋計算時一般采用整體模型和分離模型的結果包絡設計。

參考文獻

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