地下室頂板標高有高差時的設計比較

沈菊

【摘要】在地下室頂板設計的過程中本文地下室頂板高差采用三種處理形式進行對比分析，即考慮板面錯層、不考慮板面錯層、修改梁端頂標高的方式，結合工程實例，對地下室頂板在PKPM模型中的計算問題進行了探討，針對分析結果給出了設計和建議，為解決地下室頂板梁柱在PKPM模型中的計算問題提供了思路。希望能夠進一步提高地下室頂板設計和施工質量。

【關鍵詞】地下室頂板；框架節(jié)點；板面錯層；節(jié)點標高

前言：

現(xiàn)代城市建筑無論是公共建筑或者是居住建筑，絕大部分都離不開地下室設計。隨著科學技術的進步，現(xiàn)代地下室建筑結構向著體型復雜、功能多樣的綜合性方向發(fā)展，使帶有地下室樓板標高不一致的建筑經(jīng)常得到應用。有時，因建筑條件所限需要樓板標高不一致，讓樓層空間得到較多的釋放，更加利于提高建筑空間使用率，具有十分明顯的經(jīng)濟效益。由于地下室頂板上的覆土要求及其他建筑功能需求等，在主樓室內外交接處，地下室頂板常常需要錯層，在結構計算軟件PKPM中，對于此類問題的處理沒有統(tǒng)一的做法，通過本文三種處理方式的對比，再根據(jù)地下室現(xiàn)場施工的實際情況，做到最優(yōu)選擇，以便提高地下室頂板的設計和施工的質量和效率等。

1.框架基本信息及模擬

本文擬通過一個此類問題簡單示例，采用常用的三種PKPM模型處理方法即考慮板面錯層、不考慮板面錯層、修改梁端頂標高的方式進行計算比較，分析其優(yōu)劣及適用情況。

例如：

一層地下室結構，X向為4m×8，Y向為4m×6，恒荷載為5.0kN/m2（不含梁板自重、覆土荷載），活荷載為10.0kN/m2（不考慮消防車荷載），⑤軸左側層高為2.7m，⑤軸右側層高為3.3m，抗震設防烈度為6度（第二組），四類場地，抗震等級四級，基本風壓0.45kN/m2。框架柱尺寸500mm×500mm，框架梁尺寸300mm×700mm，次梁尺寸200mm×600mm。平面圖如圖1所示。

圖1平面布置圖

圖中⑤軸為變標高處框架梁尺寸為300mm×1200mm。

計算：

在PKPM中采用三種模型分別進行計算。模型1為不考慮板面錯層，統(tǒng)一標高為3.3m；模型2為考慮板面錯層，①軸～④軸將節(jié)點標高降低600mm，④軸～⑤軸之間的梁采用修改梁端頂標高的方式降低梁右側標高；模型3為考慮板面錯層①軸～④軸將節(jié)點標高降低600mm，④軸～⑤軸之間的梁不采用修改梁端頂標高的方式降低梁右側標高。三種方式計算得到的構件內力和配筋存在一定的差異，見表1～表3。

2結果分析

2.1結果分析

在PKPM模型中對三種處理方法分別進行計算分析，采用PKPM配筋簡圖中的配筋面積計算結果進行比較，KL1，L1和KZ1的比較結果見表1～表3。

表1 KL1 （面積單位mm*mm）

表2 L1（面積單位mm*mm）

表 3 KZ1（面積單位mm*mm）

由表1，表2可以看出：

1）對于KL1來說，模型1中As4最大。模型2中As4，As5左，As5右均較小，模型3中As4最小，As5左，As5右與模型1相當，均大于模型2。模型2變截面處支座配筋之所以最小，是因為支座兩邊在模型中錯開，未按連續(xù)梁計算。對于As4配筋來看，之所以模型2與模型3配筋均遠小于模型1，通過查看內力簡圖，可知之所以出現(xiàn)這種情況，是因為PKPM模型計算對于梁頂標高變化時的板活荷載不能有效地傳遞到梁上，從而導致此部位配筋明顯偏小。模型1與模型3因為支座兩邊在模型中未錯開，是按連續(xù)梁計算的，在高差變化處此部位配筋明顯比模型2大。

2）對于L1來說，模型1中As3和As4最大，模型2，3中的As3和As4明顯偏小，原因同上；模型2中As5左最大。其余部位配筋基本一致。數(shù)字軸方向梁配筋情況同字母軸，梁變標高相關范圍的梁配筋在模型1，模型2， 模型3中的變化情況不再單獨列表比較。

3） 對于KZ1來說，由表3可看出，模型2配筋明顯增大，因為模型中左右梁不在同一個標高上產(chǎn)生了錯層節(jié)點和短柱，左右梁端彎矩只能傳到柱上，而不能互相平衡， 導致此處框架柱配筋明顯偏大。模型3因左右梁雖不在同一個標高， 但因支座兩邊在模型中未錯開，左右梁是按連續(xù)梁來計算，故此處框架柱配筋結果同模型1一樣均比模型2中的配筋小。但本實例左右高差600，剛好一個梁高，同時另一方向梁高1200，如完全按錯層梁計算，計算結果偏大。如果地下室板面高差超過一般梁截面高度時設計應按錯層結構來考慮，當?shù)叵率野迕娓卟畈怀^一般梁截面高度時設計可不作為錯層結構來考慮。

2.2結論與建議

1）對于梁配筋，若節(jié)點標高變化則梁頂標高有變化時PKPM模型中板活荷載不能有效地傳遞到梁上，將導致梁配筋偏小，這是對結構很不利的。因此對于地下室頂板梁配筋，筆者建議采用第一種模型進行計算。

2）對于柱配筋，特別是變標高處柱配筋，按模型2計算偏于安全，考慮了左右梁端彎矩都傳遞到柱上的情況。

筆者建議，當錯層處高差尺寸不大于梁高時，可按模型1（不考慮板面錯層）計算，并對標高較高的梁豎向加腋，這樣可以加大豎向剛度。對于錯層處高差尺寸大于梁高時，按模型2（考慮板面錯層）計算，同時對標高較高的梁豎向加腋，有利于水平力的傳遞，以充分保證變標高處柱的安全。因地下室頂板存在高差，側向土加上地下室頂板的水平力傳到交接處的框架柱上，易產(chǎn)生錯層節(jié)點和短柱，甚至比一般框架樓層的錯層更嚴重，易產(chǎn)生短柱剪切脆性破壞，形成抗震薄弱部位，為防止此錯層部位的破壞，結構抗震設計時還應采取相應的措施盡量避免或減小此處的地震作用，以免此處的破壞。

本文僅對有錯層的地下室結構作了簡單的初步探討。具體工程各有不同，需要我們設計人員具體情況具體分析。

參考文獻：

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[4]朱炳寅，建筑結構設計問答及分析， 中國建筑工業(yè)出版社，2009年11月。