探讨高层建筑地下室顶板嵌固的设计

李章俊

摘 要：社会经济飞速发展，人们的生活水平不断提高，建筑业在不断的进步与发展，高层建筑也越来越多，人们对建筑的要求也在不断的增多。在高层建筑中，地下室顶板作为嵌固端，在实际工程中对嵌固端的设计计算会存在一定的误差。该文针对高程建筑地下室顶板的嵌固设计进行一定的分析，研究和嵌固端相关的技术问题，确保其嵌固端的正确选取，保证高层建筑结构设计的真实性与准确性。

关键词：高层建筑 地下室 顶板嵌固设计

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（c）-0054-02

在建筑的结构设计中，嵌固端即固定端，防止构件在固定的部位有任何的位移。在高层建筑中，多设有地下室用于防震与减轻地震的破环程度、增加地基的承载力、提高结构设计的倾覆能力。在高层建筑的结构计算中，正确的选取嵌固端是重要的一项假定，关乎着结构中构件准确的内力分配、结构产生侧移是否真实、结构局部是否具有经济性。在高层建筑设计中，采用地下室顶板用作结构的嵌固端是非常常见的计算模式，合理的选取地下室结构的嵌固端十分的重要。

1 地下室顶板作为高层建筑上部结构嵌固端的要求

依据高层民用建筑防火设计的规定，对高层建筑的结构计算，如果地下室顶板用作上部结构的嵌固端时，地下室楼层的侧向刚度要不小于相邻结构的楼层侧向刚度的两倍。但在实际的工程建设中，由于地下室侧向刚度和塔楼侧向刚度之间具有不连续性，所以当地下室作为上部结构的嵌固时，通常是有一定的条件的。地下室顶板作为高程建筑上部结构的嵌固端重点在于加强地下室楼层侧向刚度、加强整体的承载能力，为满足上部结构嵌固端的要求，高层地下室应满足以下要求：

（1）地下室顶板的设计要尽量不出现开设大洞的情况，结构上采用现浇梁板，严格控制各项构件的规格，混凝土的强度等级控制在C30以上，楼板的厚度控制在180 mm以上，每层的都要采用双层双向的配筋，配筋率控制在0.25%以上。

（2）对地下室的柱截面纵向的钢筋面积的要求，一是满足计算要求，二是与地上一层对应柱每侧的钢筋面积相比，要不小于地上一层钢筋面积的1.1倍，且地下室的剪刀墙的配筋也要比地上一层的配筋多。

（3）在对地下室柱底嵌固端的设计时，要提高地下室顶板梁的受弯承载力，增加柱顶承载力。因地下一层的柱会出现塑性铰所以一定要加强对柱底嵌固的考虑。

（4）地下室边柱角柱问题，依据其一面有梁的特点，在提高梁端截面的实际弯矩承载力时可采用的方法有：一是梁截面的增加，二是梁配筋的增加但梁截面不增大，要保证边柱角柱的梁截面要大于柱下端的实际承载力。

2 实际工程中地下室嵌固端出现难判断的原因

在实际的工程设计中，经常会遇到一些问题，影响设计的方案，在遇到以下情况时，要适当的考虑地下室顶板是否可以用作高层建筑的上部结构中的嵌固端。

2.1 地下室出现埋置深度较浅情况

依据《高层建筑混凝土结构技术规程》与抗震规范的指导，嵌固的概念是强度嵌固，区别于完全刚性固定的力学嵌固，强度固定的嵌固点可以平动和转动，没有实现完全约束，柱塑性铰出现在了地上一层的下端，没有出现在梁柱的节点两侧梁上的位置，所以被称为强度嵌固。对于出现的地下室埋置深度较浅的情况，如果前提条件是侧向的刚度、地下室的楼板、梁、柱与剪刀墙都满足了嵌固的要求，就可以适当的考虑用于嵌固。

2.2 地下室顶板出现标高不一致情况

前提条件是楼板要连续、满足嵌固部位的需求，包括：侧向刚度、地下室楼板、梁、柱与剪刀墙。不同于上一种情况，在地下室顶板出现标高不一致的情况，还需要特别注意两种情况：一是必须要保证的剪力的传递性；二是错平处梁受扭问题要特别的注意。

3 结构设计分析

设计师要对高层建筑中的结构设计做出最合理的设计分析，减少计算内力与位移产生的误差，减少不安全性，保证地下室顶板的嵌固达到理想的嵌固约束要求。下面是对结构设计中的分析建议。

3.1 一层地下室

在高层建筑中设置的是一层的地下室时，一般情况下会选用基础底板作为结构的嵌固端，这样就可以利用刚度的优势，便于首层楼面的结构选型，也可以保证结构计算准确性。

（1）半埋式地下室，考虑到周边填土的影响，地下室缺乏足够的约束，就会出现水平的位移，在对嵌固端的选取是要以地下室的顶板作为嵌固端。

（2）全埋式地下室，有两种情况，一是在楼层的上下刚度比满足所需要求时，用顶板处作为结构的嵌固端，二是在不能满足需求时采用地下室的底板作为结构的嵌固端，楼层的刚度比包括：地下一层和首层之间、首层和2层之间。

（3）风荷载作用的情况下，依据风荷载规范，风荷载的标准值是由高度z处的风度系数、风荷载体型系数、风压的高度变化系数、基本风压的乘积组成，其公式为：wk=βzμsμzWo。依据公式得出，如果结构自振周期增加，风荷载也会随之增加，也就是说在按固端的模型计算的风压值会小于实际的风压值。

3.2 多层地下室

在多层地下室中，其地下一层以下的各项、层都是不需要计算地震的作用的且也不会承受风荷载的作用，所以在一般的情况下都会采用地下室顶板部位作为嵌固端。在结构计算中，以顶板为嵌固端，计算所得的结果更能反映上部结构的实际情况。为保证地下室的顶板真正的成为结构的嵌固端，就要按照固定标准全方位的进行要求与约束，控制好楼层的上下刚度比，楼层上下的刚度比有两种情况：一是地下一层的侧向刚度比与首层相比不能小于2；二是在首层的层高超过2层层高的1.5情况下，首层的侧向刚度比与2层不能小于4.5。

（1）全埋式地下室，在多层地下室中，周边填土对其有足够约束作用，使地下室的侧向出现变形的现象，在一定程度上地下室楼层的侧向刚度被提高，减少了嵌固层的结构变形，发挥更好的作用。在楼层的刚度比与规范要求相符合时，用顶板处作为结构的嵌固端。endprint

（2）半埋式地下室，在多层地下室中其负一层是半埋式时，顶板因为室内外高差的原因，造成顶板的平面刚度可能较小，或者地下室侧壁因为远离主体结构造成上下层的结构刚度比较小，在这种情况下，就要采用更下一层作为结构的嵌固端。

3.3 抗震等级

机构设计要符合刚度规范要求、抗规要求，在满足条件的情况下直接按照规范进行地下结构的地震等级选取，一些特殊的情况做适当的调整：

地下室的一侧或者两侧开敞的情况，在对嵌固端进行考虑时，要先满足刚度的规范与构造的要求，因土的约束作用在逐渐减小，其地下各层的抗震等级的选取要与上部的结构相同。

半地下室的情况，半地下室的覆土深度一般在地下的一层，处于层高的一半位置。如果地下室的顶板满足刚度规范与构造要求时，地下一层的抗震等级与上部结构相同，地下二层的抗震等级要比地下一层减一级（见图1）。

3.4 地下室顶板设转换层

在对高层建筑的结构设计中，因为地下室经常设有停车场，这时就要在地下室的顶板上设装换层，依据地震与风荷的作用，地下室有不同的结构设计特点：

（1）在实际的结构设计中，加强剪刀墙的结构底部需要取顶板的上二层和墙肢总高的八分之一处的较大值。在地下室的四边都有覆土的情况下，要从覆土下面的第二层楼板的标高算起，在对构造配筋的选择上，覆土下面的二层往下的剪刀墙选用三级或者四级的构造配筋。

（2）在地下室的一面没有覆土的情况下，依据《高层建筑混凝土结构技术规程》对构造、刚度与抗震等级的要求，在满足要求的情况下，可以在顶板或者其它层设置嵌固端。

（3）在地下室的顶板有大开洞的情况下，要先考虑洞口对这一层的刚度产生的削弱作用，因为洞口的大小没有特定的计量标准，这时就要先计算看是否符合嵌固的要求，依据具体的情况做适当的调整。

3.5 按嵌固端计算对上部结构层间位移的影响

在进行计算结构顶点的加速度时，要依据《高层居民用建筑钢结构技术规程》的规定，该规程中规定横内风的顶点最大的加速度要与结构的第一周期的平方之间是反比关系，即在周期变短的情况下，顶点的加速度就会增加，反之周期变长，顶点的加速度就会减小，因此在进行顶点加速度的限值计算影响要偏于安全。

如果在嵌固端加初始位移角，从而上部结构层间的位移角就会加大。这时就要考虑两种情况，一是在不按照固端计算时，二是按照固端计算的情况，前者会加大层间的位移，后者也会加大层间的位移角，因为按照固端计算，就会导致计算的周期减小，加大了地震力。依据这两种情况，得出在设计合理的情况下，要依据上下部一起工作来对层间的位移角进行考虑，在此基础上还要将土的约束作用考虑进去。

通过对结构设计的分析会得出在结构的自振周期控制在0.1 s以内和风荷载的作用前提下，依据规范要求进行嵌固的计算，这时计算的内力会相对偏小，这时就要将土的约束作用考虑进去，从整体出发进行计算；多层地下室中，要对层的刚度比加以计算，准确判断嵌固端的位置，如果多层地下室有转换层，先要对嵌固端的位置进行判断，对转换层与嵌固端之间的高度进行计算，判断是否可以高位转换，再对土的约束作用进行考虑，用来判定剪刀墙的底部加强区范围。

4 结语

在对高层建筑的结构设计中，正确的选取结构的嵌固端是非常重要的一个环节，影响着结构计算的准确性与真实性，正确的选取结构的嵌固端，保障结构的布置与配筋构造，发挥高层建筑中地下室的作用，保证建筑业的持续发展。

参考文献

[1] 钱光亮.高层建筑嵌固端合理选取的判定条件与研究分析[J].合肥工业大学，2012（4）.

[2] 张朝云.带地下室高层建筑结构嵌固端的选择及相关问题研究[J].重庆大学，2008（4）.

[3] 张涛.高层建筑地下室顶板作为嵌固端的设计分析[J].深圳土木与建筑，2008（6）.

[4] 彭丽红，张元坤.关于高层建筑结构嵌固端的讨论[J].广东土木与建筑，2011（9）.

[5] 胡庆昌，钱稼茹.高层建筑地下室结构的抗震设计[J].建筑结构，2006（6）.endprint