多层建筑地下室荷载传递对底板内力影响分析

韩葆铨 黄 晖

(长江都市建筑设计股份有限公司 江苏南京 210002)

0 引言

多层建筑应用范围广泛，在商业、办公和居住类建筑中占据多数。随着建筑使用要求逐步提高，越来越多的多层建筑设有地下室。在建模计算多层建筑时，一般假定底板是固定端，每层的荷载布置在板和梁上并传递至墙柱底部，每层墙柱底部的荷载从上至下逐步累加传递至建筑物的最底部。如果没有地下室，这样的荷载传递路径比较简单明确。但是如果多层建筑的底部有地下室，地下室的周边往往布置钢筋混凝土外墙，如果将地下室顶板作为嵌固端，还要在平面短尺寸方向增加部分地下室钢筋混凝土墙。地下室增加的钢筋混凝土墙会改变上部结构荷载传递的路径，并最终影响多层建筑基础底板的反力和内力。基此，本文分析这种影响，并得出对设计多层建筑基础有帮助的结论。

1 项目概况

以张家港地区某多层洋房项目为例，其中的2#洋房建筑(以下简称2#楼)概况为：6拼洋房，多层剪力墙结构，地上4层，带一层地下室。标准层建筑平面如图1所示，一层结构布置平面如图2所示(图中反映了地下室钢筋混凝土墙分布)。该项目采用盈建科建筑结构软件进行结构计算。

2 两种电算模型下地下室墙底内力差异分析

多层建筑结构承担的竖向荷载包括永久荷载，钢筋混凝土板、梁和墙的自重，楼面做法重量，楼板顶粉刷层重量，填充墙及粉刷重量等；也包括可变荷载：根据房间功能划分的活动荷载。在建模计算带地下室多层建筑时，通常建立包含地下室和上部结构的整体模型，地下室的底部作为固定端[1]。地下室新增钢筋混凝土墙可作为深梁输入模型(以下简称深梁模型)，此时认为上部荷载经剪力墙肢层层往下传递，地下室外墙(仅有一层高度)不参与上部荷载传递。地下室新增钢筋混凝土墙也可作为实际钢筋混凝土墙输入模型(以下简称钢筋混凝土墙模型)，上部荷载传递至地下室后在全部钢筋混凝土墙内重新分配。

图1 2#楼标准层建筑平面

图2 2#楼一层结构布置平面

图3 内力分布(一)

图4 内力分布(二)

两种电算模型的内力分布分别如图3～图4所示，墙底内力分布差异(完整平面图从略)主要体现在南侧外墙开天窗位置和北侧楼梯间位置。对比分析可知：深梁模型中钢筋混凝土墙内力更接近实际但无法反映地下室新加钢筋混凝土墙的内力。钢筋混凝土墙模型中地下有些新加钢筋混凝土墙不在上部传下的剪力墙平面内，剪力墙传导荷载无法有效传递至平面外新加钢筋混凝土墙上，而电算的负一层模型中新加钢筋混凝土墙承担了过大的上部荷载，偏离了实际。地下室荷载传递路径对比如表1所示。实际设计地下室钢筋混凝土墙时，剪力墙暗柱和墙身配筋应根据两种模型内力计算取包络，地下新加外墙的配筋根据周边支承情况和土压力另行计算确定。

表1 两种地下室模型下建筑地下室荷载传递路径对比

3 两种电算模型下地下室地基反力和底板内力差异分析

根据《地基基础规范》(GB50007-2011)第8.4.14条规定[2]，当上部荷载分布和钢筋混凝土墙布置不均匀时，建筑物底板应按弹性地基梁板法计算分析。以2#楼为例，按深梁模型计算得到的地下室地基反力(图5)(截取底板的左侧两单元计算结果，余同)、底板X向弯矩(图6)，底板剪力。按钢筋混凝土墙模型计算得到的地下室地基反力(图7)、底板X向弯矩(图8)、底板剪力。

图5 深梁模型地下室地基反力

图6 深梁模型地下室底板X向弯矩

图7 钢筋混凝土墙模型地下室地基反力

图8 钢筋混凝土墙模型地下室底板X向弯矩

经比较，深梁模型和钢筋混凝土墙模型下地基反力和底板内力均有明显差异[3-4]。

两种模型下地基反力对比：区域1～3情况类似，深梁模型中，墙柱下地基反力峰值是非墙柱区域的1.5～2倍。而钢筋混凝土墙模型中，剪力墙下地基反力和新加钢筋混凝土墙下差异小于30%。

两种模型下底板X向弯矩对比：区域1～2情况类似，深梁模型中底板弯矩峰值是钢筋混凝土墙模型的1.2～3倍。区域3，两种模型中底板弯矩峰值均很小。

两种模型下底板Y向弯矩对比：区域1～2情况类似，深梁模型中底板弯矩峰值是钢筋混凝土墙模型的1～1.5倍。区域3，深梁模型中底板弯矩峰值是钢筋混凝土墙模型的3倍。

两种模型下底板X向剪力对比：区域1～2情况类似，深梁模型中底板剪力峰值是钢筋混凝土墙模型的1.5～2倍。区域3，两种模型中底板剪力峰值均很小。

两种模型下底板Y向剪力对比：区域1～2情况类似，深梁模型中底板剪力峰值和钢筋混凝土墙模型接近。区域3，深梁模型中底板剪力峰值是钢筋混凝土墙模型的2倍。

从本文第2节的分析，已知深梁模型反映的荷载传递路径比钢筋混凝土墙模型更接近实际。经本节看图、比较分析可知：

(1)深梁模型下建筑地基反力往有剪力墙位置集中，墙柱下的地基反力比非墙柱区域大约50%～100%，而钢筋混凝土墙模型下建筑地基反力分布较均匀。

(2)除北侧楼梯间突出范围外，两种模型下底板主受力方向均是X方向，此方向深梁模型下底板内力峰值一般比钢筋混凝土墙模型大50%以上。

(3)北侧楼梯间突出范围内底板主受力方向是Y方向，此方向深梁模型下底板内力峰值是钢筋混凝土墙模型的2～3倍。

4 结语

一般情况下，多层建筑的结构电算往往建立包含地下室钢筋混凝土墙的全高模型(即钢筋混凝土墙模型)。通过本文第2、3节的分析，可以得出以下设计建议[2,5]：

(1)宜另外建立把地下室新加钢筋混凝土墙按深梁考虑的电算模型(即深梁模型)，地下室剪力墙暗柱和墙身配筋按两种模型内力计算的包络值。

(2)多层建筑基础平筏板计算和设计宜按深梁模型。

(3)如按钢筋混凝土墙模型计算多层建筑基础平筏板，宜将筏板主要受力方向板底、板面配筋人为放大50%。如有筏板局部突出部分(常见的如平面北侧突出楼梯间)，宜将局部主受力方向板底、板面筋放大2～3倍。

如设置地下室钢筋混凝土墙的筏板区域地基反力接近承载力限值，宜将此处筏板挑板范围外扩30%。