浅述大底盘地下室设计

孙双全

摘 要：根据高层建筑结构大底盘地下室的受力特点，进行了计算方法的阐述和分析等问题探讨，并提出了一些实用的技术措施。

关键词：大底盘地下室；嵌固部位；整体模型；分离模型

随着经济技术的发展和建设科技的进步，建筑结构也日益朝着功能多样化和结构形式复杂化发展，新建小区带大底盘地下室的高层建筑越来越多，有些甚至带几层地下室。大底盘地下室是上部结构在地基内的延续，既可为上部结构提供可靠的嵌固，又将上部结构与地下室连接成有机的整体。因此如何设计一个既安全可靠又经济合理的地下室一直是众多专家和设计人员较为关心的问题。

1 带大底盘地下室的高层结构特点

带有地下室的建筑结构的一个重要特点是上部结构与地下室具有共同的位移场，相互协调变形，而且地下室外的回填土对结构具有一定的约束作用。这种约束作用主要表现在对地下室水平位移的约束，而对竖向位移和竖向转动的约束作用十分有限，一般可以忽略不计。因此可引出在模型计算分析中非常关键的两个概念：嵌固部位和嵌固端，在平时的工程设计中可以发现，很多设计人员会将两者混为一谈。嵌固端，也就是力学嵌固，相对于计算模型而言，指除承受轴力、弯矩、剪力之外，水平位移、竖向位移、转角位移均为零的部位。嵌固部位：也就是强度嵌固，指在该部位限定结构的水平位移，而对其它自由度并不施加任何限制。我国现行规范所指的高层结构地下室嵌固，就是指强度嵌固而非力学嵌固。强度嵌固也可理解为，地下室结构以及室外回填土的刚度达到限制结构水平移动的能力，且柱的塑性铰出现在嵌固部位上部的柱下端。因此，在带大底盘地下室的高层结构的计算分析中，嵌固部位的选取非常关键，这不仅关系到结构构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性。

2 计算模型特点分析

严格地讲，在建筑结构分析与设计中，上部结构、地下室、基础和地基应作为一个整体统一考虑，并应合理考虑地下室外回填土对结构的约束作用。然而在实际设计时，主要有以下两种计算模型：

2.1 整体模型

整体结构模型的优点是真实反应地下室对上部结构的刚度约束，获得真实的结构整体反应。进行整体结构模型设计时需注意以下几个问题：如何合理考虑地下室刚度；如何正确反应地下室外回填土的约束作用；如何考虑基础的影响。 合理考虑地下室刚度比较简单，在整体模型中，将嵌固部位取在地下室底板处，地下室周围不施加侧向约束，即可得到地下室的真实侧向刚度。有关地下室外回填土的约束作用和基础变形对上部结构的影响，近几年理论界研究较多，已取得一些研究成果，但要直接应用于工程设计还有一定困难。目前在上部结构设计中一般不直接考虑基础影响，而是假定在基础面上嵌固约束。回填土与地下室之间的作用是相互的，鉴于目前规范的反应谱理论是基于刚性地基假定的，一般采用两种考虑回填土约束作用的分析方法：嵌固水平位移法和弹簧刚度法。嵌固水平位移法是一种近似模拟回填土约束无限大的方法，在回填土约束刚度不大的情况，这种方法得到的计算结果误差较大，故一般在整体模型计算中较为少用。弹簧刚度法的计算模型是将上部结构与地下室作为一个整体考虑，嵌固端取在基础底板处，在工程分析中应用该方法时，设计人员需要确定水平弹簧刚度的具体取值，即通常在SATWE软件中要求输入回填土对地下室约束作用的相对刚度比，其含义是回填土的约束刚度与地下室本身抗侧移刚度的比值，可操作性较强。

2.2 分离模型

分离模型即以地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，将上部结构与地下室分离为两部分独立模型，按各自的功能要求分别进行内力与位移的计算。分离模型的优点是：对于地下室连成一片，而上部多个小塔楼的情况，要进行整体分析任务繁重，且可能模型构件数量超限，而分离模型则可以在结构误差允许的范围之内进行相应的结构计算和分析。但是采用分离模型进行设计时，嵌固部位的选取以及相应的梁板柱的要求应满足《建筑抗震设计规范》6.1.14条及相关条文说明的规定。这里需要特别引起设计人员重视。

2.3 不同模型结果比对

根据两种模型的特点，结合多年来的工程设计实践可发现，以地下室顶板为嵌固部位，分离出来的上部结构与原整体结构相比，基本周期与顶层位移值会有所变小，但是差异较小，而底层柱内力在大部分工程中会出现较大变化。因此，在进行带大底盘地下室高层建筑结构设计时，需同时考虑以上两种设计模型进行计算，具体可归纳为：计算参数调整时一般采用分离模型，最后的配筋计算时一般采用整体模型且用分离模型结果校核配筋做到包络设计。

3 结语

带大底盘地下室的高层结构设计中，地下室设计的安全可靠、经济合理显得非常重要。笔者认为以下几点需引起重视：（1）结合带有地下室的高层建筑结构的受力特性，充分理解嵌固的真实含义，在计算模型中正确设置切合实际的边界条件。（2）高层建筑结构底部嵌固部位的选取必须明确可靠，类似于半地下室、局部地下室、地下室顶板标高不连续等工程，需根据实际的约束情况、传力特点，合理调整结构布置，满足相应的计算分析条件和构造措施，使得类似工程的地下室顶板可以作为上部结构的嵌固部位。（3）在进行带大底盘地下室高层建筑结构设计时，需同时考虑两种设计模型进行计算，具体可归纳为：计算参数调整时一般采用分离模型，最后的配筋计算时一般采用整体模型和分离模型的结果包络设计。

参考文献

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