設計中高層帶地下室結構嵌固端的合理選取

潘近樂

（深圳機械院建筑設計有限公司，廣東 深圳 518000）

隨著經濟的發展，人民生活水平的提高，高層建筑的日益普及，為了滿足埋深以及使用功能的要求，帶地下室的建筑越發增多，地下室層數也越做越多，設計中高層帶地下室結構嵌固端的合理選取就顯得尤為重要。

一、工程案例

某工程26層帶2層地下室，6度區，主樓在車庫內，車庫頂板標高2.35，負一層板面標高1.500，頂板和負一層高差850，負二層板面標高-1.450，覆土厚1650，如圖（一）所示

從剖面圖上判斷，塔樓庫房層，也就是負一層樓面與汽車庫頂板較接近，盡管有高差850，所以從傳遞地震水平力的角度看，負一層底板也就是標高1.5處作為結構嵌固端應該比較合理。

（一）從傳遞水平力來說，塔樓正負零離地下室頂板距離為1950，比850大許多，水平力應該是大部分通過頂板往負一層的板面傳遞；

（二）其次負一層的剛度驗算也無法滿足嵌固端要求，盡管如果考慮地下室外墻的剛度，是很容易實現地下一層剛度大于上一層剛度的兩倍，從而保證正負零的嵌固作用，但是建筑使用功能上又要求塔樓邊的外墻不能落地，否則影響塔樓負二層的使用，所以還是首先否定了嵌固端取在塔樓的正負零層。

（三）根據《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010(以下簡稱《抗規》)中6.1.14條規定，“地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，應符合結構地上一層的側向剛度，不宜大于相關范圍地下一層側向剛度的0.5倍”，如果把地下一層作為嵌固端，那么剛度比要求不需要滿足負二層大于負一層的兩倍的，因為規范上只規定了地下室頂板作為嵌固端的剛度要求，而沒有規定地下一層作為嵌固端要求的剛度規定。

（四）剛度要求只需要按《高規》3.5.2條中的規定，對框架結構，樓層與其相鄰上層的側向剛度比，本層與相鄰上層的比值不宜小于0.7，與相鄰上部三層剛度平均值的比值不宜小于0.8，對框架-剪力墻結構，剪力墻結構，框架-核心筒結構，本層與相鄰上層的比值不宜小于0.9，對本層層高大于相鄰上層層高1.5倍時候，該比值不宜小于1.1，對結構底部嵌固層，該比值不宜小于1.5(注：嵌固設在地下室頂板，則首層就是嵌固層，其余層類推)。

（五）當然具體工程實施的時候，還主要還是征詢審圖辦的意見，審圖辦依照《抗規》6.1.14中規定，當把負一層作為嵌固端時候，負二層剛度也要達到2倍負一層剛度的話，也一樣可以達到相同的效果，可以在模型里邊把負二層按規范要求，考慮相關范圍的地下室柱子剛度對負二層的貢獻，也就是把塔樓周邊外延3跨且不小于20米范圍的柱子添加進模型里計算，要是剛度尚不滿足，還可以適當在車庫里沿著停車方向加幾片剪力墻，只要不影響建筑使用即可，這樣一般也容易達到負二層剛度大于負一層剛度的兩倍。

（六）另外，在負一層與地下室頂板錯層地方可以通過加腋手段的構造措施保證正負零的地震作用傳給地下室頂板上。負一層塔樓邊跨的梁箍筋配筋也需要適當加強即可。

2 地下室結構嵌固端的選取的條件

（一）地下室與室外地坪的高度差不能超過本層層高的1/3；

（二）地下室頂板應為梁板體系，且該層樓面不得留有大洞口。樓面框架梁應有足夠的抗彎剛度，地下室頂板部位的梁柱節點的左右梁端截面實際受彎承載力之和不能小于下柱端實際承載力之和；

（三）地下室頂板厚度不宜小于180mm，混凝土強度等級不宜低于C30，并要采用雙向雙層配筋，并且配筋率不低于0.25%；

（四）地下室的樓層剪切剛度不能小于相臨上部結構樓層剪切剛度的兩倍。

3 PKPM結構設計軟件中地下室結構嵌固端的選取辦法

針對我們平時設計一般采用的中國建筑科學研究院編制的PKPM結構設計軟件，我們在結構設計時候如何合理選取相關參數去設置帶地下室高層結構嵌固端，應分幾步考慮：

（1）首先將地下室和上部結構統一建模，在“地下室信息”條中，將“回填土對地下室的約束剛度”取為0（不考慮土的約束，因為通常很多地下室外圍均為松散回填土甚至淤泥，），選擇“剪切剛度”進行計算，然后在WMASS.OUT總信息中看地下一層和地上一層的剛度比（與2進行比較）：如果地下一層剛度/地上一層剛度大于等于2，那么可以滿足條件，即地下室頂板可以作為上部結構的嵌固端，然后第二次將“地下室信息”中按實際層數輸入地下室的層數進行計算，程序會按照實際情況進行內力調整，此時需注意頂板要滿足《高層建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010(以下簡稱《高規》)里地下室頂板作為嵌固端的要求，樓蓋應采用梁板結構，樓板厚度不宜小于180mm，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0．25%。地下一層相關范圍的抗震等級應按上部結構采用，地下一層柱子配筋要相應加大等等。

（2） 如果地下一層剛度/地上一層剛度不滿足條件，即數值小于2，那么此時地下室頂板不能作為上部結構的嵌固端，但是往往在實際情況中，室外土對結構本身有著一定的側向約束作用，此時對于帶一層地下室結構，就要將嵌固端取在基礎頂面，對于帶一層以上地下室的結構可將嵌固端部位取在地下一層樓板處，即在“地下室信息”中輸入“ ----地下室的層號”(如果地下室為一層，輸入0，地下室為二層，輸入1；地下室為三層，輸入2)。

（3）對于地下室為2層的高層建筑，或者多層地下室為大空間的情況，也可以采用保守算法，將嵌固端取在基礎頂面，或者也可以部分考慮地下室與上部結構的共同作用，在“地下室信息”中“回填土對地下室的約束剛度比”選項中填入1～5，通常情況下取為3，表示嵌固程度為70～80%。

（4）不論上述所指的各種情況，其室外地坪至正負零處的距離均不應小于第一層地下室的層高的1/3，否則嵌固層的取值宜向下增加一層的高度，只有一層地下室的只能從地下室底板或者基礎頂算起。

4 正確選取其結構嵌固端的意義

(一)通過算例進行分析，研究了不同結構形式高層建筑地下室樓層與相鄰上部樓層側向剛度比值的計算方法及合理取值范圍;

（二）對于多層地下室為大空間的情況下，考慮地下室與上部結構的共同作用，探討了地下室相對剛度的選取范圍以及地下室頂板作為上部結構嵌固端的相關條件;

（三）對于鋼筋混凝土框架結構和剪力墻結構，當地下室樓層與相鄰上部樓層側向剛度比大于2時，結構各項性能的誤差較小，地下室結構能夠承受上部結構及其自身的地震作用，可以將地下室頂板作為上部結構的嵌固端

5 結束語

高層建筑結構嵌固端的確定對結構計算結果的真實性和準確性有很大的影響，因此正確選取結構嵌固端并對其在結構布置和配筋構造方面給予一定的必要保障，是結構設計中的一個重要環節。

[1] 彭麗紅 張元坤. 關于高層建筑結構嵌固端的討論[J].廣東土木與建筑，2011（9）：7.

[2] 郎和斌. 高層建筑結構嵌固端的選取及相關技術問題.[J] .遼寧建材，2009（3）:36