淺談帶有局部地下室的框架結構設計

王營濤

【摘要】地下室的設計是結構設計中經常遇到的問題，隨著地下室和地基基礎形式的多樣化，上部結構嵌固部位的選取是否合理顯得復雜而重要。因此只有綜合分析遇到的不同情況，才能合理的選取嵌固部位，采取正確的計算方法和結構措施。本文結合具體工程設計實例，對含有局部地下室的框架結構這種特殊的情況進行了分析，提出了一種設計思想和方法，希望對讀者有一定參考價值。

【關鍵詞】地下室；嵌固部位；設計計算；包絡設計

一.工程簡介

本工程為新疆呼圖壁縣某幼兒園，總建筑面積4500㎡，地下一層，地上四層，框架結構，抗震設防烈度為7度，層高3.6米，首層建筑平面如附圖1。由于建筑平面不規則，故將本工程分為上下兩段分別計算，現將上半部分結構分析過程介紹如下。

二.設計方案的確定

本工程在方案階段由于建筑面積、資金、審批等各方面限制的原因，對于地下一層只采用局部作為地下室使用。地下一層結構平面布置如附圖2（斜線填充部分為地下室）。由于本工程場地土在地面以下1～4米范圍內為濕陷性粉土，故非地下室部分采用無樓板的梁柱框架與地下室框架相連接組成地下一層，基礎底標高均設于-4.6m，地下室外墻采用250厚鋼筋砼墻。

三. 計算分析

本工程的計算分析，關鍵在于結構嵌固端的選擇，按照《建筑抗震設計規范》第6.1.14條和《高層建筑混凝土結構技術規程》第5.3.7條規定的基本思想，將上部結構與地下室作為一個整體考慮，故結構嵌固端位置可分兩種情況：

1.將結構嵌固端置于基礎頂

由于地下室設置僅為局部，其余非地下室雖然也采用框架的形式與地下室結構相連接組成整體，但非地下室只有梁柱沒有樓板，在平面內框架梁因樓板開洞而削弱。根據《建筑抗震設計規范》第6.1.14條第1款，地下室頂板作為上部結構的嵌固端部位時地下室頂板應避免開設大洞口（但規范未予明確地下室頂板“大洞口”的量化標準）。故將結構嵌固端置于基礎頂。這種方法相對比較保守，增加了結構的計算高度，沒有考慮土體對地下室的嵌固作用。

2.將結構嵌固端置于地下室頂

由于地下室四周采用鋼筋混凝土墻，非地下室部分也采用框架結構與其相連構成整體，這樣就使得地下一層的側向剛度遠大于首層，根據《建筑抗震設計規范》第6.1.14條第3款，地下室頂板作為上部結構的嵌固端部位時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。故將結構嵌固端置于地下室頂。對于這種方法，結構的計算高度為地下室頂面以上的實際高度，因而上部結構的水平位移情況與實際情況較符合。這種情況，由于地下室的剛度被近似看成是無限大，導致結構的整體剛度增大。

鑒于以上兩種情況，本工程建立了兩種模型進行比較分析，部分數據對比如下：

·模型一：以基礎頂面作為結構嵌固端

·模型二：以地下室頂面作為結構嵌固端

（數據中樓層號1表示地下一層，樓層號2表示地上一層，其余層以此類推。）

（1）側移剛度比

Ratx1，Raty1 ：本層與上一層側移剛度70%或上三層平均側移剛度80%的比

樓層號 模型一 模型二

Ratx1 Raty1 Ratx1 Raty1

1 19.5405 30.7006 610268.0000 600205.0000

2 1.8126 1.9170 1.8642 1.9503

3 1.6448 1.6832 1.6513 1.6870

4 1.5703 1.5591 1.5811 1.5813

5 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

分析：從上表可以看出，當以基礎頂面作為結構嵌固端時，地下一層剛度遠大于地上一層的2倍，故地下一層的剛度條件是滿足作為嵌固端的要求的；當以地下室頂面作為結構嵌固端時，地下一層的剛度是被認為接近無限大的，而地上樓層的剛度都有所增加。

（2）周期

振型號 周期 振型參與系數（X+Y）

模型一 模型二 模型一 模型二

1 0.7169 0.7077 0.01+0.98 0.00+1.00

2 0.7051 0.6911 0.99+0.01 1.00+0.00

3 0.6437 0.6326 0.00+0.01 0.00+0.01

周期比 0.8978 0.8938

分析：從上表可以看出，當以基礎頂面作為結構嵌固端時，其平動周期和扭轉周期均大于以地下室頂面作為結構嵌固端時的情況。這是因為當以基礎頂面作為結構嵌固端時，其計算高度明顯增加了。

（3）位移

最大層間位移與平均層間位移的比值

樓層號 模型一 模型二

X Y X Y

1 1.13 1.49 1.00 1.00

2 1.02 1.05 1.01 1.02

3 1.01 1.02 1.01 1.01

4 1.01 1.02 1.01 1.00

5 1.01 1.05 1.03 1.07

分析：從上表可以看出，兩種模型在x方向位移比相差較小，在y方向相差較大，同時可以看出兩種模型的位移比在地下一層和地上一層相差較大，這說明地下室頂面嵌固與否對這兩層的層間位移影響最大。

四.結論及建議

通過以上分析可以看出，將地下一層的剛度看作是無限大（以地下室頂面作為結構嵌固端）或很小（以基礎頂面作為結構嵌固端）都是不太符合實際情況的，所以，當遇到局部地下室這類情況時，不妨這樣考慮：先以基礎頂面作為結構嵌固端，計算其側移剛度比，若地下一層的剛度遠大于地上一層剛度的2倍時，可將上部結構的嵌固端置于基礎頂，同時仍考慮地下室頂板對上部結構的實際嵌固作用，取不同的嵌固部位（基礎頂和地下室頂）分別計算，最后取包絡值進行設計。本工程最終采用的是結構嵌固在基礎頂面和地下室頂面兩種模型的包絡設計。

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