浅谈带有局部地下室的框架结构设计

王营涛

【摘要】地下室的设计是结构设计中经常遇到的问题，随着地下室和地基基础形式的多样化，上部结构嵌固部位的选取是否合理显得复杂而重要。因此只有综合分析遇到的不同情况，才能合理的选取嵌固部位，采取正确的计算方法和结构措施。本文结合具体工程设计实例，对含有局部地下室的框架结构这种特殊的情况进行了分析，提出了一种设计思想和方法，希望对读者有一定参考价值。

【关键词】地下室；嵌固部位；设计计算；包络设计

一.工程简介

本工程为新疆呼图壁县某幼儿园，总建筑面积4500㎡，地下一层，地上四层，框架结构，抗震设防烈度为7度，层高3.6米，首层建筑平面如附图1。由于建筑平面不规则，故将本工程分为上下两段分别计算，现将上半部分结构分析过程介绍如下。

二.设计方案的确定

本工程在方案阶段由于建筑面积、资金、审批等各方面限制的原因，对于地下一层只采用局部作为地下室使用。地下一层结构平面布置如附图2（斜线填充部分为地下室）。由于本工程场地土在地面以下1～4米范围内为湿陷性粉土，故非地下室部分采用无楼板的梁柱框架与地下室框架相连接组成地下一层，基础底标高均设于-4.6m，地下室外墙采用250厚钢筋砼墙。

三. 计算分析

本工程的计算分析，关键在于结构嵌固端的选择，按照《建筑抗震设计规范》第6.1.14条和《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.3.7条规定的基本思想，将上部结构与地下室作为一个整体考虑，故结构嵌固端位置可分两种情况：

1.将结构嵌固端置于基础顶

由于地下室设置仅为局部，其余非地下室虽然也采用框架的形式与地下室结构相连接组成整体，但非地下室只有梁柱没有楼板，在平面内框架梁因楼板开洞而削弱。根据《建筑抗震设计规范》第6.1.14条第1款，地下室顶板作为上部结构的嵌固端部位时地下室顶板应避免开设大洞口（但规范未予明确地下室顶板“大洞口”的量化标准）。故将结构嵌固端置于基础顶。这种方法相对比较保守，增加了结构的计算高度，没有考虑土体对地下室的嵌固作用。

2.将结构嵌固端置于地下室顶

由于地下室四周采用钢筋混凝土墙，非地下室部分也采用框架结构与其相连构成整体，这样就使得地下一层的侧向刚度远大于首层，根据《建筑抗震设计规范》第6.1.14条第3款，地下室顶板作为上部结构的嵌固端部位时结构地上一层的侧向刚度不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍。故将结构嵌固端置于地下室顶。对于这种方法，结构的计算高度为地下室顶面以上的实际高度，因而上部结构的水平位移情况与实际情况较符合。这种情况，由于地下室的刚度被近似看成是无限大，导致结构的整体刚度增大。

鉴于以上两种情况，本工程建立了两种模型进行比较分析，部分数据对比如下：

·模型一：以基础顶面作为结构嵌固端

·模型二：以地下室顶面作为结构嵌固端

（数据中楼层号1表示地下一层，楼层号2表示地上一层，其余层以此类推。）

（1）侧移刚度比

Ratx1，Raty1 ：本层与上一层侧移刚度70%或上三层平均侧移刚度80%的比

楼层号 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：从上表可以看出，当以基础顶面作为结构嵌固端时，地下一层刚度远大于地上一层的2倍，故地下一层的刚度条件是满足作为嵌固端的要求的；当以地下室顶面作为结构嵌固端时，地下一层的刚度是被认为接近无限大的，而地上楼层的刚度都有所增加。

（2）周期

振型号 周期 振型参与系数（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：从上表可以看出，当以基础顶面作为结构嵌固端时，其平动周期和扭转周期均大于以地下室顶面作为结构嵌固端时的情况。这是因为当以基础顶面作为结构嵌固端时，其计算高度明显增加了。

（3）位移

最大层间位移与平均层间位移的比值

楼层号 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：从上表可以看出，两种模型在x方向位移比相差较小，在y方向相差较大，同时可以看出两种模型的位移比在地下一层和地上一层相差较大，这说明地下室顶面嵌固与否对这两层的层间位移影响最大。

四.结论及建议

通过以上分析可以看出，将地下一层的刚度看作是无限大（以地下室顶面作为结构嵌固端）或很小（以基础顶面作为结构嵌固端）都是不太符合实际情况的，所以，当遇到局部地下室这类情况时，不妨这样考虑：先以基础顶面作为结构嵌固端，计算其侧移刚度比，若地下一层的刚度远大于地上一层刚度的2倍时，可将上部结构的嵌固端置于基础顶，同时仍考虑地下室顶板对上部结构的实际嵌固作用，取不同的嵌固部位（基础顶和地下室顶）分别计算，最后取包络值进行设计。本工程最终采用的是结构嵌固在基础顶面和地下室顶面两种模型的包络设计。

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