結(jié)構(gòu)設計中嵌固層的選取與設置

李云莎

【摘要】對于帶有地下室的多高層建筑結(jié)構(gòu)，嵌固層的選取和設置對于結(jié)構(gòu)設計非常重要。本文結(jié)合現(xiàn)有《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)程》（JGJ3-2010）規(guī)范有關(guān)規(guī)定，對嵌固層的選取及與上部結(jié)構(gòu)共同工作的地下室結(jié)構(gòu)提出幾點看法和建議，以供設計人員參考。

【關(guān)鍵詞】嵌固層；地下室

引言

隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，土地資源集約化利用日漸凸顯，由于地基承載力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面的原因，高層建筑均帶有地下室，一層或多層，出于經(jīng)濟考慮，一般高層地下室均與地下車庫相連。于是在上部結(jié)構(gòu)模型建立和分析時，如何考慮地下室嵌固的影響，特別是大面積地下車庫，對于上部結(jié)構(gòu)簡化分析具有重要意義。

1 概述

嵌固顧名思義指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在節(jié)點處無位移，是一種理想狀態(tài)，而在現(xiàn)實中很難做到這點。現(xiàn)有《建筑抗震設計規(guī)范》[1]6.1.14條、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]5.3.7條，12.2.1條給出了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固的條件，《混凝土規(guī)范》[3]11.1.4條，《建筑抗震設計規(guī)范》[1]6.1.3-3條及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]3.9.5條規(guī)定了地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時地下室抗震等級的確定；同時《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]3.5.2-2條指出作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層，考慮層高修正的樓層側(cè)向剛度比不宜小于1.5，應可作為《建筑抗震設計規(guī)范》[1]6.1.14條中第二條“結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍”的補充說明。

對于作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的地下室頂板，文獻[4]指出：“如地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的3倍時，地下室頂板也可采用現(xiàn)澆板柱結(jié)構(gòu)（但應設置托板或柱帽，同時應考慮柱腳內(nèi)力對無梁板及下部結(jié)構(gòu)的影響）”。

作為嵌固層的地下層與上一層的側(cè)向剛度比，文獻[5]指出剪切型結(jié)構(gòu)在剛度比不小于2時，可忽略地下層的影響，彎曲型結(jié)構(gòu)在建立模型時不能忽略地下層的影響，彎剪型或剪彎型介于兩者之間。

文獻[6]通過具體工程實例建模分析，得出地下室頂板開洞后，結(jié)構(gòu)板的剛度被削弱，導致洞口周邊的上部結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的水平力通過樓板的傳遞途徑重分布，但對上部結(jié)構(gòu)總體影響不大。通過加強地下室樓板可以實現(xiàn)在地下室頂板嵌固的要求。

2 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端

地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時，地下室頂板必須具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效傳遞地震基底剪力。而如今很多建筑物主體結(jié)構(gòu)與地下車庫相連，而地下車庫又與多個建筑物相連，同時由于室外覆土等原因使得地下車庫頂板與主樓地下室頂板間有一定的高差，此時選擇地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端可使結(jié)構(gòu)建立模型大大簡化，而這很大程度依賴于地下室頂板能否有效傳遞地震基底剪力。因此地下室頂板錯層處做加腋加強是有必要的，如圖1所示。

圖1 錯層處結(jié)構(gòu)板加腋 圖2 結(jié)構(gòu)板加腋簡化模型

假定加腋處簡化為圖2所示的二力桿，則斜桿內(nèi)力為

（1）

其中： ——地下室頂板所需傳遞的地基基底反力；

——所加腋與地下室頂板的夾角。

由式（1）可知，當 等于0時，即地下室頂板無錯層，則頂板可完全傳遞基底反力，當然其依賴于樓板有足夠的平面內(nèi)剛度； 趨于90時，即錯層處未加腋，則 均由錯層處豎向構(gòu)件承擔。

而錯層越大，則斜桿越長，加腋處因局部加強過強，亦易造成其他部位的破壞，因樓板平面外剛度有限（其與樓板周邊所受約束有關(guān)），為保證基底剪力的傳遞，建議在上部結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力豎向構(gòu)件處增設暗梁，或增設框架梁與地下室相關(guān)范圍內(nèi)抗側(cè)力構(gòu)件相連；或在上部結(jié)構(gòu)建立模型時，主體結(jié)構(gòu)地下一層應具有足夠的抗側(cè)力剛度，減少基底剪力對地下室相關(guān)范圍內(nèi)構(gòu)件的影響。

3 結(jié)論

地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端時，作為基底剪力的傳遞的主要構(gòu)件，因具有足夠的平面內(nèi)剛度，當主體結(jié)構(gòu)帶有地下室，而因室外覆土等原因使得地下室頂板不連續(xù)，造成傳力途徑的重分布，使得地下室結(jié)構(gòu)內(nèi)力復雜，建議地下室錯層處加腋，或增設暗梁，上部結(jié)構(gòu)當樓板錯層較大時（超過絕大部分梁高），結(jié)構(gòu)分析時應減小地下室相關(guān)范圍內(nèi)抗側(cè)力的影響，提高主體結(jié)構(gòu)地下室抗側(cè)剛度。

雖經(jīng)濟的發(fā)展，地下結(jié)構(gòu)越來越多樣話復雜話，當?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)連接多個上部結(jié)構(gòu)時，同時有部分地下室頂板為兩個或以上上部結(jié)構(gòu)的相關(guān)范圍，因其內(nèi)力復雜，宜局部加強，特別當上部結(jié)構(gòu)為高層建筑時，為避免造成“強梁弱柱”，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件亦宜加強。

參考文獻：

[1]GB50011—2010 建筑抗震設計規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]JGJ3—2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]GB 50010-2010 混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]北京市建筑設計研究院. 建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]程志輝. 考慮地下室的高層結(jié)構(gòu)動力技術(shù)模型及其結(jié)構(gòu)基本周期的影響—對《建筑抗震設計規(guī)范》第6.1.14條有關(guān)嵌固端規(guī)定的探討[J]. 建筑結(jié)構(gòu). 2007.（5）.

[6]莫世海，全戈，梁灝，孫科章. 地下室頂板開洞對超高層建筑嵌固端的影響分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu). 2011.（4）.