结构设计中上部结构嵌固部位的确定

结构设计中上部结构嵌固部位的确定

白生学

甘肃中凯建筑规划设计有限责任公司

摘要：作者对结构设计中上部结构的嵌固部位的确定进行了分析，并介绍了有关规范及规程对嵌固部位的要求。

关键字：上部结构的嵌固部位；刚度比；地下室顶板

1上部结构嵌固部位的确定

地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，《抗震规范》第6.1.14条提出下列基本要求：

1.1地下室顶板应避免开设大洞口，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm（有绿化要求的板厚不宜小于250mm），混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

1.2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，地下室周边已有与其顶板相连的抗震墙。

对于大底盘多塔楼结构，其中的每一栋塔楼“相关范围”内的侧向刚度比要满足要求。，对于大底盘单塔楼，“相关范围”内的侧向刚度比也要满足要求。其中“相关范围”指从地上结构（主楼、有裙房是含裙房）周边外延不大于20m。同时还应注意地下室结构的侧向刚度指其结构自身刚度，在确定上部结构嵌固部位时，楼层的侧向刚度比的计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用。事实上，回填土对地下室结构的约束作用很大，一般情况下可按地下室结构自身刚度的3~5倍近似考虑，因此，地下室结构与周围回填土的总刚度要比地下室结构的自身刚度大许多，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土影响的地下室总侧向刚度为上部结构的4.5倍以上；而当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土约束的地下室总侧向刚度，一般情况下也不会小于上部结构的3倍。因此地下室顶板处对上部结构的嵌固作用是客观存在的，是否作为上部结构的嵌固部位，考察的只不过是这种嵌固作用的强弱问题，无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，结构设计中均应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。

2当地下室顶板可以作为上部结构的嵌固部位时

当地下室顶板可以作为上部结构的嵌固部位时，应满足《抗震规范》第6.1.14条的要求：

2.1地下室顶板应避免开设大洞口，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm（有绿化要求的板厚不宜小于250mm），混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

2.2地下室顶板那对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应满足下列规定之一，(1)地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。（2）地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍，同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上。

2.3地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

3当地下室顶板不可以作为上部结构嵌固部位时：

建议地下室顶板、梁、柱、墙等仍应满足《抗震规范》第6.1.14条的要求,因为无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，地下室顶板都有实际存在的嵌固作用。

3.1对于大底盘单塔楼结构，当地下室顶板不可以作为上部结构嵌固部位时：a当为一层地下室时，嵌固部位取在基础顶部，b当为多层地下室时，可按刚度比来确定嵌固部位，如地下二层刚度与首层（即地上一层）刚度比大于2时，可认为地下二层板顶为嵌固部位，地下二层的结构构件要满足嵌固部位的要求，但对于地下一层的结构构件（板、梁、柱、墙等）有条件时也满足嵌固部位的要求。必要时对首层及地下一层的抗侧力构件采取包络设计方法。

3.2对于大底盘多塔楼结构，当地下室顶板不可以作为上部结构嵌固部位时，则工程就属于《高规》规定的大底盘多塔楼复杂高层的结构，应按《高规》第10.6节的规定设计。

3.3地下室顶板作为嵌固端的必要条件的分析

为了能使地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，地下室顶板应避免开设大洞口，确保上部结构嵌固部位的整体性，确保水平地震剪力的传递路径，常有建筑因设置下沉式广场、自动步梯等导致楼板开洞过大，对楼板的整体性削弱过大，迫使嵌固部位下移。

为了确保楼层平面外和平面内刚度，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构，并且楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双向双层配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。对楼盖结构形式、楼板厚度及配筋提出详细要求，就是要通过采取结构措施，加强楼层的平面内和平面外的刚度，实现结构计算的刚性楼板的假定。现浇梁板结构的楼层平面外刚度较大，地震作用下，楼板的平面外变形较小，符合刚性楼板的假定，有利于传递水平地震剪力，相对于梁板结构而言，无梁楼盖结构的平面外刚度较小，难以符合刚性楼板计算假定的基本要求，对传递水平地震剪力和协调结构变形不利。

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，也就是高层建筑技术规程规定的地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2.0；规范这样规定，是为了使地下结构的侧向刚度相对上部结构而言足够大，从而满足嵌固部位理论上应具备的两个基本条件：①该部位的水平位移为零；⑦该部位的转角为零。规范提出了相关范围的概念，是考虑上部结构周边地下室对上部结构有效约束刚度的贡献程度，地下室上部结构周边越往外延，对上部结构的约束刚度越小。抗震规范规定相关范围指上部结构周边外延20m，高层建筑技术规程规定相关范围指地上结构外扩不超过三跨的地下室范围，从而保证了实际地下结构与上部结构的侧向刚度比满足要求，计算结果利于安全。还应注意，地下结构的楼层侧向刚度是指结构自身的刚度，在确定上部结构嵌固部位时，楼层侧向刚度比的计算中不考虑侧壁回填土对地下室外墙的约束作用。

4与嵌固部位有关的问题

4.1房屋高度的起算点为室外地面，与嵌固部位无关，实际工程可考虑嵌固部位下移导致地震作用加大等不利因素，适当提高结构的抗震性能。

4.2基础的埋置深度与建筑高度有关，与嵌固部位无关，实际工程可考虑地基土对房屋约束作用的降低导致嵌固部位下移等不利因素，采取适当的验算和加强措施，已确保建筑物的抗倾覆稳定型。

5结束语

据上述讨论，地下室顶面通常具有嵌固部位要求的基本条件，一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面，这样结构的加强部位明确，结构设计的经济性好。当地下室顶板不可以作为上部结构嵌固部位时，这时计算要求取不同的嵌固部位（如地下室为一层时就应按地下一层地面即基础顶面和地下室顶板）分别计算，取不不利值设计。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2010）

[2]中华人民共和国行业标准高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）

[3]《建筑结构设计问答及分析》中国建筑工业出版社朱炳寅编著