高层建筑地下室结构设计中的要点分析

　　【摘要】高层建筑地下室结构设计是一个复杂的过程，地下室设计的合理性，一直是结构设计的一个焦点，而其中嵌固部位的设置建模又是关键。文章分析了地下室结构设计中的难点问题，重点讨论了高层建筑结构底部嵌固部位的确定、抗震墙底部加强部位高度以及地下室抗震等级问题。
　　【关键词】高层建筑；地下室结构；嵌固位置；加强区高度
　　建筑工程；地下室结构设计；结构平面设计；抗震设计
　　目前城市土地资源日益紧缺，建筑及城市交通有逐渐向地下发展的趋势。然而，建筑由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室。设置地下室对高层建筑有减少地震作用对上部结构的影响、提高地基土的承载力等诸多优点。地下室设计的合理与否将直接影响高层建筑的正常使用与造价。本文对高层建筑地下室的设计关键点进行讨论，供工程设计参考。
　　1设置有地下室的高层建筑的嵌固位置
　　钢筋混凝土高层建筑在进行结构分析之前，必须首先确定结构嵌固端所在位置，其直接关系到计算模型与实际受力状态的符合程度。目前实际工程中大多数单塔或多塔高层建筑都带有面积较大的地下室以及层数不多的裙房，而且裙房可能相连形成大底盘。《建筑抗震设计规范》规定高层建筑地下室在满足一定条件下，地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。在确定带地下室的高层建筑嵌固位置时需要特殊注意以下几点：
　　(1)地下一层结构的楼层侧向刚度应不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。结构层侧向刚度可近似按等效剪切
　　刚度计算，即：
　　(1)
　　式中，G0、G1分别为地下一层及地上一层的混凝土剪切模量；Ao、A1分别为地下～层及地上一层竖向结构构件的总折算受剪面积；Aw为沿计算方向地上一层或地下室范围地下一层的抗震墙全部有效截面面积；Ac为地下一层或地上一层全部柱截面面积；ho、h1分别为地下一层及地上一层的层高。
　　注意对“侧向刚度的2倍”的要求可以理解为有效数字满足2倍，即地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。还要注意的是“地下室结构的楼层侧向刚度”指结构自身刚度，不考虑土对地下室外墙的约束作用。
　　(2)“应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向配筋率不宜小于0.25％”。对楼盖结构形式、楼板厚度以及配筋提出详细要求。相对梁板结构而言，无梁楼盖结构平面外刚度较小，难以符合刚性楼板假定的基本要求，因此，作为上部结构嵌固部位的地下室顶板，主楼范围以及与之相连裙房地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构，无地上结构的地下室顶板其它位置可采用无梁楼盖结构。对于地下室形成大底盘结构而言，其中的“相关范围”指距主楼两跨且不小于15m范围。其具体范围见图1。
　　
　　图1大底盘结构嵌固位置楼盖体要求
　　(3)计算多塔大底盘地下室结构楼层剪切刚度比时，大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚度比应满足上述(1)中刚度比的要求，而且每栋塔楼范围内(塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平长度)的地下室剪切刚度与相邻上部结构塔楼剪切刚度的剪切刚度比不宜小于1.5。
　　(4)单层地下室建筑宜选择基础底板作为结构嵌固端。选择基础底板作为结构嵌固端，可以充分利用基础的“无限刚”的假定，也为首层楼面的灵活造型创造条件；即使是首层楼面有大开洞，或者选用无梁楼盖，都不影响计算的准确性，但是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板与墙体通常具有作为结构嵌固端的刚度，此时可取其作为上部结构的嵌固端。
　　(5)当不能满足嵌固在地下室顶板的要求时，可按嵌固在基础顶部设计。B级高度高层建筑不宜嵌固在基础顶部。而且在设计地下室结构时不考虑地下室结构水平地震作用降低系数。
　　2设置有地下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度
　　根据《建筑抗震设计规范》(2010版)的规定，有抗震设防要求的设置有抗震墙的高层建筑，抗震墙底部都要求设有底部加强区，其目的是在加强区范围内采取增加边缘构件的箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施，避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。其规定为：①部分框支抗震墙结构的抗震墙：框支层以及以上两层，落地抗震墙总高度的1／8取以上两者较大值。②带大底盘的高层以及裙房与主楼相连的高层：取地下室顶板以上抗震墙总高度的1／8，向下延伸一层到地下一层。高出大底盘顶板或裙房顶板至少一层。③其它结构抗震墙：抗震墙总高度的1／8，底部两层；取以上两者的较大值。
　　另外，有关抗震墙高度《抗震规范》并未明确规定，而底部加强区高度又和抗震墙高度有很大关系，故工程中很难操作，又如在建筑中设置半截高度抗震墙时，抗震墙高度取值明显不合理。考虑到实际存在的回填土对地下室结构的约束作用等因素，建议采用房屋高度代替抗震墙高度确定底部加强部位高度，这样概念清晰，便于操作。抗震墙底部加强区高度具体见图2。
　　
　　
　　图2抗震墙结构底部加强区高度
　　3高层建筑地下结构的抗震等级
　　(1)当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震等级可逐渐降低一级；对于标准设防类(丙类)建筑，6、7度时不宜低于四级，8度时不宜低于三级，九度时不宜低于二级；对于重点设防类(乙类)建筑，6度时不宜低于四级，7度时不宜低于三级，8度时不宜低于二级，9度时应专门研究。地下室中无上部结构部分，可根据具体情况采用三级或四级。除九度外，上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三一四级.
　　(2)当地下室不能作为上部结构的嵌固端而需嵌固在地下其它楼层时，实际嵌固部位所在楼层以及以上的地下室楼层(与地面以上结构相对应的部分)的抗震等级，可取为与地上结构相同。嵌固部位以下可按上述(1)采用。
　　(3)当地下室为大底盘其上有多个独立塔楼时，若嵌固部位在地下室顶板，地下一层高层部分以及受高层部分影响范围以内部分的抗震等级应与高层部分底部结构抗震等级相同。地下一层其余部分以及地下二层以下各层抗震等级可以按照上述(1)方法确定。当地下一层受高层部分影响范围在规范没有确定前，设计可以按照工程具体情况考虑取一倍主楼对应尺寸和基础埋深较大值。具体抗震等级的确定见图3。
　　
　　图3高层建筑地下室抗震等级示意
　　4结束语
　　综上所述，地下室结构设计是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。

《高层建筑地下室结构设计中的要点分析》

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