带大地下室的多塔楼建筑结构嵌固端设计

查旭

摘 要：目前大多数建筑工程都设计有地下室，大部分地下室上部都设计有多栋塔楼，部分 位于坡地上的建筑地下室各边填埋深度差异较大，大体量的建筑连成一片形成复杂的结构 体，如何把复杂的技术问题简单化，进行安全、经济、合理的结构设计分析是一个值得认真 思考的问题。本文根据笔者多个工程的设计经验，结合现行规范标准对大底盘多塔楼结构的 判别，结构嵌固端设计等做了一些总结，与各位同行一起探讨学习。

关键词：地下室；大底盘；塔楼；上部结构；嵌固端

随着国家经济的高速发展，大量人口涌入大城市，城镇化建设快速推进，城市建设用地 愈发紧张，城市建筑只能尽量向高空发展，并充分利用地下空间。城镇市区高层建筑随处可 见，对地下空间的利用也越来越重视，大多数工程都设有地下室，结构设计人员必须深度掌 握带地下室建筑工程结构设计分析常识及要点。高层建筑在进行结构计算分析之前必须首先 判别是否为大底盘多塔楼结构，要确定结构嵌固端的所在位置。根据实际情况正确选取结构 嵌固端，是高层建筑结构计算分析中的一个重要假定，它不仅关系到结构构件内力分配的准 确性，而且还会影响结构侧移分析的真实性，而且关乎到结构的经济性，因此有必要对结构 嵌固端位置的选取作进一步探讨。

1.大底盘多塔楼结构的判别

实际工程中经常会出现一个大底盘上部有多个塔楼的情况，是否属于大底盘多塔结构的 复杂高层建筑结构，应该根据每个工程的具体情况分析，一般主要分为以下几个情况。 （1）当大底盘仅为纯地下室，地下室顶板可以作为上部塔楼的嵌固端时，则该工程不属于 大底盘多塔结构。

（2）当大底盘为纯地下室，但是地下室顶板不能作为上部塔楼结构的嵌固端时，可认为不 属于大底盘多塔结构，但应按照《高层建筑混凝土结构技术规程》10.6 节的相关规定要求进 行包络设计。

（3）当地面以上有裙房与多个塔楼连成一体时，无论嵌固端是否在地下室顶板，该工程均 属于大底盘多塔楼复杂高层建筑。

（4）地面以上裙房只分别与单个塔楼相连时，可不考虑其对其他塔楼的影响，该工程不属于大底盘多塔复杂高层建筑，但当嵌固端在地下一层地面或以下时，该工程应按照《高层建 筑混凝土结构技术规程》10.6 节的相关规定要求进行包络设计。

2.作为结构嵌固端的条件

高层建筑结构的嵌固端通常选择在地面标高附近，但此地面标高处嵌固端楼层应该具有 必要的嵌固条件。只有地下室才具备作为上部结构嵌固端的基本条件，上部其他楼层即使满 足刚度比要求也不能成為其上部结构的嵌固端，例如大底盘和多塔楼结构的裙房顶等，只能 作为刚度突变楼层考虑。地下室侧壁应该具有良好的侧限，嵌固楼层整体性要好，楼层不得 有大洞口，应采用现浇混凝土梁板楼盖结构。《高规》5.3.7 条及其条文说明规定作为嵌固端 楼层的地下一层及相关范围与地上一层的等效剪切刚度比不宜小于 2。《抗规》6.1.14 条规定 地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地上一层的侧向刚度不宜大于地下一层及其相关范围 侧向刚度的 0.5 倍，且地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。该相关范围是指从地上结构 周边向外延伸不超过三跨且不大于 20 米。

关于高规中地下室结构的楼层侧向刚度比不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的 2 倍的规 定，可以理解为有效数字满足 2 倍，即地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向 刚度的 1.5 倍。目前在多个省份的地方标准中已经是按这个执行的。

对于大底盘多塔结构，上部各塔侧向刚度之和与地下室结构应满足侧移刚度比要求，其 中每一栋单塔与其相关范围内的地下室结构也必须满足侧向刚度比要求。

确定结构嵌固时所采用的结构楼层侧向刚度指的是结构自身的刚度，《高规》5.3.7 条及 其条文说明已明确指出按照附录 E.1 条等效剪切刚度公式计算结构嵌固侧向刚度比，即在确 定上部结构嵌固端时，楼层侧向刚度比的计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用。

由于整体结构在实际工作中，土体对地下室外墙有很大的约束作用， 因此地下室顶板处 对上部结构的嵌固作用是客观存在的；是否能作为上部结构的嵌固端，考察的只不过是这种 嵌固作用的强弱问题；因而无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固端，结构设计中均应该 考虑地下室顶板处实际存在的嵌固作用，采取相应的加强措施。故在嵌固端位置确定后的结 构设计中，应该考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献，并进行相关的设计计算。

3.上部结构嵌固部位的确定

根据前述结构嵌固端的条件要求，要确定上部结构嵌固位置，首先得计算结构的刚度比。

结构刚度有侧移刚度、等效侧移刚度、地震剪力与地震层间位移比、剪切刚度、等效剪切刚 度等多种。计算结构嵌固刚度比一般采用地震剪力与地震层间位移比的刚度比计算方法和等 效剪切刚度比，且应以等效剪切刚度比作为主要判断依据。采用 PKPM、盈建科等结构分析软件计算结构侧向刚度比确定嵌固端时，应将上部结构与地下室作为一个整体考虑，首先假 定结构的嵌固部位在基础顶面，不考虑回填土对地下室侧向刚度的贡献，计算基础顶面以上 各层结构自身的楼层侧向刚度比，对于大底盘和多塔结构计算侧向刚度时应考虑相关范围的 影响。然后根据计算的刚度比值确定上部结构在地下室的嵌固端位置后，再将计算模型中嵌 固部位调整到已经确定的嵌固部位楼层，同时考虑回填土对地下室楼层侧向刚度的影响，进 行结构及构件的设计计算。采用地震剪力与地震层间位移比的刚度比计算方法时，应将地下 室层数设为 0 或者将土的水平抗力系数的比例系数设为 0（即不考虑土体的约束作用）。地 震剪力与地震层间位移比的刚度比计算与结构本身及外界条件都有关联。采用等效剪切刚度 比时，地下室层数和土的水平抗力系数的比例系数可以按照实际情况填写。剪切刚度的计算 仅与建筑结构自身的特性有关，与外界条件无关。

对于带多层地下室的结构，当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时，可依次验算地 下二层及以下各层对上部结构首层的等效剪切刚度比，当满足刚度比大于 2（即大于 1.5）的地下室楼层即可确定为上部结构的嵌固端位置。对于带多层地下室的高层建筑结构嵌固部位设在地下室顶板是最经济的选择，一般都应 该选择地下室顶板作为上部结构的嵌固端，嵌固端取得越降，总的加强范围就越大，因而结 构的费用就越高。

4.结语

在带地下室的高层建筑结构设计中，无论选择哪个部位作为结构的嵌固端，都可以通 过常用的结构计算分析软件获得较为准确的计算结果，但我们期望的是软件计算结果要能较 为真实的反映结构实际受力情况。为了达到这一目标，结构计算时输入正确的参数和数据相 当重要，选取的结构嵌固端所在位置对结构计算结果的影响也非常大，因此重视结构嵌固端 的位置选取，而且在确定上部结构嵌固端位置后如何保证其能成为真正的嵌固端，还有许多 结构措施需要研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的一个重要环节。总之，高层建筑结 构嵌固端设计是一个综合性很强的力学分析和工程设计问题。现代高层建筑工程庞大，工程 建设投资巨大，不管是从安全角度还是经济角度来看，合理的结构设计是非常重要的。结构 嵌固端设计的关键是要弄清结构设计分析的基本力学原理，充分了解实际建筑场地条件，确 定科学合理的结构布置方案，认真细致的做好结构计算分析，采取安全可靠的结构措施。本 文根据多个工程实践经验就高层建筑结构嵌固端设计做了一个技术性的总结，由于本人知识 水平有限，恳请各位同仁给于批评指正。

参考文献：

[1]结构软件从入门到精通，杨星编著

[2]结构软件技术条件及常见问题详解，陈岱林、高航等著