帶大地下室的多塔樓建筑結構嵌固端設計

查旭

摘 要：目前大多數建筑工程都設計有地下室，大部分地下室上部都設計有多棟塔樓，部分 位于坡地上的建筑地下室各邊填埋深度差異較大，大體量的建筑連成一片形成復雜的結構 體，如何把復雜的技術問題簡單化，進行安全、經濟、合理的結構設計分析是一個值得認真 思考的問題。本文根據筆者多個工程的設計經驗，結合現行規范標準對大底盤多塔樓結構的 判別，結構嵌固端設計等做了一些總結，與各位同行一起探討學習。

關鍵詞：地下室；大底盤；塔樓；上部結構；嵌固端

隨著國家經濟的高速發展，大量人口涌入大城市，城鎮化建設快速推進，城市建設用地 愈發緊張，城市建筑只能盡量向高空發展，并充分利用地下空間。城鎮市區高層建筑隨處可 見，對地下空間的利用也越來越重視，大多數工程都設有地下室，結構設計人員必須深度掌 握帶地下室建筑工程結構設計分析常識及要點。高層建筑在進行結構計算分析之前必須首先 判別是否為大底盤多塔樓結構，要確定結構嵌固端的所在位置。根據實際情況正確選取結構 嵌固端，是高層建筑結構計算分析中的一個重要假定，它不僅關系到結構構件內力分配的準 確性，而且還會影響結構側移分析的真實性，而且關乎到結構的經濟性，因此有必要對結構 嵌固端位置的選取作進一步探討。

1.大底盤多塔樓結構的判別

實際工程中經常會出現一個大底盤上部有多個塔樓的情況，是否屬于大底盤多塔結構的 復雜高層建筑結構，應該根據每個工程的具體情況分析，一般主要分為以下幾個情況。 （1）當大底盤僅為純地下室，地下室頂板可以作為上部塔樓的嵌固端時，則該工程不屬于 大底盤多塔結構。

（2）當大底盤為純地下室，但是地下室頂板不能作為上部塔樓結構的嵌固端時，可認為不 屬于大底盤多塔結構，但應按照《高層建筑混凝土結構技術規程》10.6 節的相關規定要求進 行包絡設計。

（3）當地面以上有裙房與多個塔樓連成一體時，無論嵌固端是否在地下室頂板，該工程均 屬于大底盤多塔樓復雜高層建筑。

（4）地面以上裙房只分別與單個塔樓相連時，可不考慮其對其他塔樓的影響，該工程不屬于大底盤多塔復雜高層建筑，但當嵌固端在地下一層地面或以下時，該工程應按照《高層建 筑混凝土結構技術規程》10.6 節的相關規定要求進行包絡設計。

2.作為結構嵌固端的條件

高層建筑結構的嵌固端通常選擇在地面標高附近，但此地面標高處嵌固端樓層應該具有 必要的嵌固條件。只有地下室才具備作為上部結構嵌固端的基本條件，上部其他樓層即使滿 足剛度比要求也不能成為其上部結構的嵌固端，例如大底盤和多塔樓結構的裙房頂等，只能 作為剛度突變樓層考慮。地下室側壁應該具有良好的側限，嵌固樓層整體性要好，樓層不得 有大洞口，應采用現澆混凝土梁板樓蓋結構。《高規》5.3.7 條及其條文說明規定作為嵌固端 樓層的地下一層及相關范圍與地上一層的等效剪切剛度比不宜小于 2。《抗規》6.1.14 條規定 地下室頂板作為上部結構的嵌固端時，地上一層的側向剛度不宜大于地下一層及其相關范圍 側向剛度的 0.5 倍，且地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。該相關范圍是指從地上結構 周邊向外延伸不超過三跨且不大于 20 米。

關于高規中地下室結構的樓層側向剛度比不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的 2 倍的規 定，可以理解為有效數字滿足 2 倍，即地下室結構的樓層側向剛度不小于相鄰上部樓層側向 剛度的 1.5 倍。目前在多個省份的地方標準中已經是按這個執行的。

對于大底盤多塔結構，上部各塔側向剛度之和與地下室結構應滿足側移剛度比要求，其 中每一棟單塔與其相關范圍內的地下室結構也必須滿足側向剛度比要求。

確定結構嵌固時所采用的結構樓層側向剛度指的是結構自身的剛度，《高規》5.3.7 條及 其條文說明已明確指出按照附錄 E.1 條等效剪切剛度公式計算結構嵌固側向剛度比，即在確 定上部結構嵌固端時，樓層側向剛度比的計算中不考慮土對地下室外墻的約束作用。

由于整體結構在實際工作中，土體對地下室外墻有很大的約束作用， 因此地下室頂板處 對上部結構的嵌固作用是客觀存在的；是否能作為上部結構的嵌固端，考察的只不過是這種 嵌固作用的強弱問題；因而無論地下室頂板是否作為上部結構的嵌固端，結構設計中均應該 考慮地下室頂板處實際存在的嵌固作用，采取相應的加強措施。故在嵌固端位置確定后的結 構設計中，應該考慮地下室外圍填土對地下室剛度的貢獻，并進行相關的設計計算。

3.上部結構嵌固部位的確定

根據前述結構嵌固端的條件要求，要確定上部結構嵌固位置，首先得計算結構的剛度比。

結構剛度有側移剛度、等效側移剛度、地震剪力與地震層間位移比、剪切剛度、等效剪切剛 度等多種。計算結構嵌固剛度比一般采用地震剪力與地震層間位移比的剛度比計算方法和等 效剪切剛度比，且應以等效剪切剛度比作為主要判斷依據。采用 PKPM、盈建科等結構分析軟件計算結構側向剛度比確定嵌固端時，應將上部結構與地下室作為一個整體考慮，首先假 定結構的嵌固部位在基礎頂面，不考慮回填土對地下室側向剛度的貢獻，計算基礎頂面以上 各層結構自身的樓層側向剛度比，對于大底盤和多塔結構計算側向剛度時應考慮相關范圍的 影響。然后根據計算的剛度比值確定上部結構在地下室的嵌固端位置后，再將計算模型中嵌 固部位調整到已經確定的嵌固部位樓層，同時考慮回填土對地下室樓層側向剛度的影響，進 行結構及構件的設計計算。采用地震剪力與地震層間位移比的剛度比計算方法時，應將地下 室層數設為 0 或者將土的水平抗力系數的比例系數設為 0（即不考慮土體的約束作用）。地 震剪力與地震層間位移比的剛度比計算與結構本身及外界條件都有關聯。采用等效剪切剛度 比時，地下室層數和土的水平抗力系數的比例系數可以按照實際情況填寫。剪切剛度的計算 僅與建筑結構自身的特性有關，與外界條件無關。

對于帶多層地下室的結構，當地下室頂板不能作為上部結構的嵌固端時，可依次驗算地 下二層及以下各層對上部結構首層的等效剪切剛度比，當滿足剛度比大于 2（即大于 1.5）的地下室樓層即可確定為上部結構的嵌固端位置。對于帶多層地下室的高層建筑結構嵌固部位設在地下室頂板是最經濟的選擇，一般都應 該選擇地下室頂板作為上部結構的嵌固端，嵌固端取得越降，總的加強范圍就越大，因而結 構的費用就越高。

4.結語

在帶地下室的高層建筑結構設計中，無論選擇哪個部位作為結構的嵌固端，都可以通 過常用的結構計算分析軟件獲得較為準確的計算結果，但我們期望的是軟件計算結果要能較 為真實的反映結構實際受力情況。為了達到這一目標，結構計算時輸入正確的參數和數據相 當重要，選取的結構嵌固端所在位置對結構計算結果的影響也非常大，因此重視結構嵌固端 的位置選取，而且在確定上部結構嵌固端位置后如何保證其能成為真正的嵌固端，還有許多 結構措施需要研究和完善，這是結構設計人員不能忽視的一個重要環節。總之，高層建筑結 構嵌固端設計是一個綜合性很強的力學分析和工程設計問題。現代高層建筑工程龐大，工程 建設投資巨大，不管是從安全角度還是經濟角度來看，合理的結構設計是非常重要的。結構 嵌固端設計的關鍵是要弄清結構設計分析的基本力學原理，充分了解實際建筑場地條件，確 定科學合理的結構布置方案，認真細致的做好結構計算分析，采取安全可靠的結構措施。本 文根據多個工程實踐經驗就高層建筑結構嵌固端設計做了一個技術性的總結，由于本人知識 水平有限，懇請各位同仁給于批評指正。

參考文獻：

[1]結構軟件從入門到精通，楊星編著

[2]結構軟件技術條件及常見問題詳解，陳岱林、高航等著