關于地梁層在設計中如何應用的探討

蘇燕陽

【摘要】對于多層不帶地下室的建筑結構，由于設計需要經常會在首層樓面處拉設相應的框架梁與樓板，形成一個位于地面標高的樓蓋體系，俗稱“地梁層”。“地梁層”不僅可以承受樓層的豎向荷載，同時輸入的柱腳內力包含了地梁傳來的荷載、可直接用于基礎設計，還可以減小首層柱到基礎間的長度，對設計人員的工作提供了極大的便利。但實際設計中對于“地梁層”如何設計，以及在SATWE計算軟件中如何應用，不同的設計人員常常持有不同的設計理念和設計方法，造成相似工程的設計結果有一定程度的差別，本文對相關異同設計方案提出個人觀點。

【關鍵詞】地下室；地梁層；設計；應用

1、是否需要將“地梁層”定義為地下室樓層

個人認為應該將“地梁層”定義為地下室樓層，結構在風荷載以及地震作用的計算中將扣除設計人員所定義的地下室樓層部分，從模型的第二層（即“地梁層”以上一層）開始進行計算。將“地梁層”定義為地下室樓層，并不代表該“地梁層”就是實際的地下室樓層，對于設有地下室的高層建筑結構，由于地下室周邊自然土的約束作用，地面以下范圍的結構部分不受風荷載作用，同時受到的地震作用會隨著結構“插入”地面的深度逐漸消散。而設有“地梁層”的多層或小高層建筑結構，一般采用淺基礎設計，雖然埋深不大，但是在地震作用的消散方面客觀上也有著一定程度的貢獻。然而結構計算總是需要各種接近實際工程受力情況的假設，埋在土里的“地梁層”具有一定消散地震作用的能力，所以假設埋在地面內的“地梁層”基本被周邊的自然土或回填土（前提是回填土的壓實系數滿足了設計的要求）束縛住，地震作用與風荷載不往下傳遞，這是可行的且比較符合實際情況的方法，對設計結果并不會產生較大的影響，只要后期的施工圖中對相關梁柱構件采用構造方面的加強措施即可。所以，個人認為應該將“地梁層“定義為地下室樓層，由于“地梁層”周邊的土一般采用雜填土進行回填壓實，所以在SATWE參數設置的地下室信息中，“土層水平抗力系數比”應填入較為適中的數值比如取3。

2、是否需要將“地梁層”定義為嵌固部位

定義了地下室樓層之后，是否需要將“地梁層”定義為嵌固部位，對于個別設計人員“當首層設有結構底板就可以定義為嵌固部位，反之則不定義為嵌固部位”的觀點，個人認為不妥，地梁與基礎一起埋在地面內，一定程度上充當著地下室樓層的角色，那么就可以考慮“地梁層”也是地下室的頂板部分（雖然在施工中土方挖動導致地面土質疏松，但是只要壓實系數能滿足相應的要求，也能將其與地下室歸并為同一類）。多高層建筑結構設置嵌固部位其中一個很大的原因就是要控制結構在實現強剪弱彎的情況下盡可能讓塑性鉸出現在整體結構底部，所以將“地梁層”定義為嵌固部位的做法也是為了控制結構的塑性鉸出現在“地梁層”節點處，避免整體結構的塑性鉸出現在基礎頂面處；而且定義嵌固部位之后軟件對結構嵌固部位以下部分的豎向構件自動執行《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第6.1.14條第3款的條文規定進行計算分析，并且得出相應的配筋計算結果，這些調整更有利于控制塑性鉸出現在“地梁層”節點處。所以，個人認為，從理論上對結構進行分析，應將“地梁層”定義為嵌固部位，而定義嵌固部位后，在施工圖繪制時也應當滿足《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）第6.1.14條第3款中對結構嵌固部位的條文規定。

3、結構性能指標計算與結構承載力極限驗算時，在建模期間何時將該地梁層進行組裝

對于結構整體指標的計算，個人認為不組裝該“地梁層”的模型計算出來的配筋計算結果更為準確，更符合整體結構“扎根”于地面的客觀受力情況。首先，《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第11.4.1條規定：一、二、三、四級抗震等級框架結構的底層，柱下端截面組合的彎矩設計值，應分別乘以增大系數1.7、1.5、1.3及1.2（注釋：底層指無地下室的基礎以上或地下室以上的首層），那么，首層為“地梁層”與首層為“地梁層”以上一層兩種情況下，它們柱底內力的調整系數是不同的，這會導致計算結果之間的誤差增大，而規范的柱底內力調整系數實際上是對結構首層框架柱的調整，也就是地面以上一層即“地梁層”以上一層的框架柱進行調整，所以將“地梁層”作為首層進行計算則會出現錯誤的計算結果；此外，組裝“地梁層”后框架柱的計算長度系數與實際會有一定程度的偏差，根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）第6.2.20條的表6.2.20-2中對框架結構各層柱的計算長度的規定，組裝后“地梁層”框架柱的計算長度系數為1.0，而“地梁層”以上一層框架柱的計算長度則為1.25，如此一來地面一層計算的受壓承載力變小，使得設計更加保守（尤其在豎向荷載極大的情況下），因“地梁層”以上一層的柱是“嵌固”在地面上的，所以柱長度系數完全可以采用1.0進行計算。

對于不組裝“地梁層”進行計算的模型中，應注意的是首層層高的取值，某些設計人員認為，模型中首層層高根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）的要求應取基礎頂到地面以上二層的樓面，即地面以上一層的層高加上基礎的埋深，但是個人認為這種做法是對抗規該條文的錯誤理解而導致的，理由是：無論首層是否設板，只要有“地梁層”的框架梁對框架柱在節點處產生約束，則柱的計算長度就會減小，且假設不設置“地梁層”，從基礎到地面標高處也有相應的雜填土進行回填，只要壓實系數滿足設計要求，那么該回填土對框架柱的約束也足以使框架柱在該范圍內的計算長度減小。所以，對于結構性能指標計算時，在模型中不組裝“地梁層”的做法，本人表示贊同，而且也符合前述地下室層數及嵌固層數定義的必要性。

結構承載力極限驗算時，個人認為在計算模型中有必要將“地梁層”與其他樓層進行整樓組裝，如此一來便可準確計算出“地梁層”梁板構件的配筋計算結果。而對于底層柱的配筋信息，應將“地梁層”與“地梁層”以上一層的柱配筋信息進行包絡取值，且個人建議對模型中“地梁層”的框架柱即基礎面到地面標高范圍內的框架柱的截面進行加大，以加強首層柱與基礎的連接，另一方面也可以解決基礎到地面標高范圍內的短柱效應，無論在豎向荷載還是水平荷載作用下都充當著一個基礎到框架柱之間的過渡者（有點類似約束邊緣構件到構造邊緣構件的過渡層），也能使得結構塑形鉸更加容易出現在“地梁層”節點處。

4、小結

綜上所述，無地下室的建筑結構首先應盡量在地面標高處拉設“地梁層”以承受首層的豎向荷載，該“地梁層”的相關梁、板、墻、柱構件的截面尺寸及保護層厚度應符合相關防腐及防滲的要求，但在計算軟件模型中該“地梁層”應分情況進行設計。在結構性能指標計算中，不考慮該“地梁層”的作用，樓層組裝中不對該“地梁層”進行組裝，結構首層以地面以上一層為準；在承載力極限驗算中，計算模型中應將該“地梁層”進行整體組裝，并且定義為地下室樓層與嵌固部位，計算所得的梁板配筋信息可直接使用于施工圖繪制，計算所得的框架柱配筋應取“地梁層”與“地梁層”以上一層的計算結果的包絡值，如此一來，才是正確地使用“地梁層”所得到的計算結果。

參考文獻：

[1]吳念. 無地下室的基礎地梁設計探討.[J].江西建材.2010.