孫雙全

摘 要：根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤地下室的受力特點(diǎn)，進(jìn)行了計(jì)算方法的闡述和分析等問題探討，并提出了一些實(shí)用的技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞：大底盤地下室；嵌固部位；整體模型；分離模型

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和建設(shè)科技的進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)也日益朝著功能多樣化和結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜化發(fā)展，新建小區(qū)帶大底盤地下室的高層建筑越來越多，有些甚至帶幾層地下室。大底盤地下室是上部結(jié)構(gòu)在地基內(nèi)的延續(xù)，既可為上部結(jié)構(gòu)提供可靠的嵌固，又將上部結(jié)構(gòu)與地下室連接成有機(jī)的整體。因此如何設(shè)計(jì)一個(gè)既安全可靠又經(jīng)濟(jì)合理的地下室一直是眾多專家和設(shè)計(jì)人員較為關(guān)心的問題。

1 帶大底盤地下室的高層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

帶有地下室的建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特點(diǎn)是上部結(jié)構(gòu)與地下室具有共同的位移場(chǎng)，相互協(xié)調(diào)變形，而且地下室外的回填土對(duì)結(jié)構(gòu)具有一定的約束作用。這種約束作用主要表現(xiàn)在對(duì)地下室水平位移的約束，而對(duì)豎向位移和豎向轉(zhuǎn)動(dòng)的約束作用十分有限，一般可以忽略不計(jì)。因此可引出在模型計(jì)算分析中非常關(guān)鍵的兩個(gè)概念：嵌固部位和嵌固端，在平時(shí)的工程設(shè)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，很多設(shè)計(jì)人員會(huì)將兩者混為一談。嵌固端，也就是力學(xué)嵌固，相對(duì)于計(jì)算模型而言，指除承受軸力、彎矩、剪力之外，水平位移、豎向位移、轉(zhuǎn)角位移均為零的部位。嵌固部位：也就是強(qiáng)度嵌固，指在該部位限定結(jié)構(gòu)的水平位移，而對(duì)其它自由度并不施加任何限制。我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范所指的高層結(jié)構(gòu)地下室嵌固，就是指強(qiáng)度嵌固而非力學(xué)嵌固。強(qiáng)度嵌固也可理解為，地下室結(jié)構(gòu)以及室外回填土的剛度達(dá)到限制結(jié)構(gòu)水平移動(dòng)的能力，且柱的塑性鉸出現(xiàn)在嵌固部位上部的柱下端。因此，在帶大底盤地下室的高層結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析中，嵌固部位的選取非常關(guān)鍵，這不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性，而且還影響結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性。

2 計(jì)算模型特點(diǎn)分析

嚴(yán)格地講，在建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中，上部結(jié)構(gòu)、地下室、基礎(chǔ)和地基應(yīng)作為一個(gè)整體統(tǒng)一考慮，并應(yīng)合理考慮地下室外回填土對(duì)結(jié)構(gòu)的約束作用。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，主要有以下兩種計(jì)算模型：

2.1 整體模型

整體結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)點(diǎn)是真實(shí)反應(yīng)地下室對(duì)上部結(jié)構(gòu)的剛度約束，獲得真實(shí)的結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)。進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)時(shí)需注意以下幾個(gè)問題：如何合理考慮地下室剛度；如何正確反應(yīng)地下室外回填土的約束作用；如何考慮基礎(chǔ)的影響。 合理考慮地下室剛度比較簡(jiǎn)單，在整體模型中，將嵌固部位取在地下室底板處，地下室周圍不施加側(cè)向約束，即可得到地下室的真實(shí)側(cè)向剛度。有關(guān)地下室外回填土的約束作用和基礎(chǔ)變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，近幾年理論界研究較多，已取得一些研究成果，但要直接應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)還有一定困難。目前在上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般不直接考慮基礎(chǔ)影響，而是假定在基礎(chǔ)面上嵌固約束。回填土與地下室之間的作用是相互的，鑒于目前規(guī)范的反應(yīng)譜理論是基于剛性地基假定的，一般采用兩種考慮回填土約束作用的分析方法：嵌固水平位移法和彈簧剛度法。嵌固水平位移法是一種近似模擬回填土約束無限大的方法，在回填土約束剛度不大的情況，這種方法得到的計(jì)算結(jié)果誤差較大，故一般在整體模型計(jì)算中較為少用。彈簧剛度法的計(jì)算模型是將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個(gè)整體考慮，嵌固端取在基礎(chǔ)底板處，在工程分析中應(yīng)用該方法時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要確定水平彈簧剛度的具體取值，即通常在SATWE軟件中要求輸入回填土對(duì)地下室約束作用的相對(duì)剛度比，其含義是回填土的約束剛度與地下室本身抗側(cè)移剛度的比值，可操作性較強(qiáng)。

2.2 分離模型

分離模型即以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，將上部結(jié)構(gòu)與地下室分離為兩部分獨(dú)立模型，按各自的功能要求分別進(jìn)行內(nèi)力與位移的計(jì)算。分離模型的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于地下室連成一片，而上部多個(gè)小塔樓的情況，要進(jìn)行整體分析任務(wù)繁重，且可能模型構(gòu)件數(shù)量超限，而分離模型則可以在結(jié)構(gòu)誤差允許的范圍之內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析。但是采用分離模型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，嵌固部位的選取以及相應(yīng)的梁板柱的要求應(yīng)滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》6.1.14條及相關(guān)條文說明的規(guī)定。這里需要特別引起設(shè)計(jì)人員重視。

2.3 不同模型結(jié)果比對(duì)

根據(jù)兩種模型的特點(diǎn)，結(jié)合多年來的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)，以地下室頂板為嵌固部位，分離出來的上部結(jié)構(gòu)與原整體結(jié)構(gòu)相比，基本周期與頂層位移值會(huì)有所變小，但是差異較小，而底層柱內(nèi)力在大部分工程中會(huì)出現(xiàn)較大變化。因此，在進(jìn)行帶大底盤地下室高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需同時(shí)考慮以上兩種設(shè)計(jì)模型進(jìn)行計(jì)算，具體可歸納為：計(jì)算參數(shù)調(diào)整時(shí)一般采用分離模型，最后的配筋計(jì)算時(shí)一般采用整體模型且用分離模型結(jié)果校核配筋做到包絡(luò)設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

帶大底盤地下室的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，地下室設(shè)計(jì)的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理顯得非常重要。筆者認(rèn)為以下幾點(diǎn)需引起重視：（1）結(jié)合帶有地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)的受力特性，充分理解嵌固的真實(shí)含義，在計(jì)算模型中正確設(shè)置切合實(shí)際的邊界條件。（2）高層建筑結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的選取必須明確可靠，類似于半地下室、局部地下室、地下室頂板標(biāo)高不連續(xù)等工程，需根據(jù)實(shí)際的約束情況、傳力特點(diǎn)，合理調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，滿足相應(yīng)的計(jì)算分析條件和構(gòu)造措施，使得類似工程的地下室頂板可以作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。（3）在進(jìn)行帶大底盤地下室高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需同時(shí)考慮兩種設(shè)計(jì)模型進(jìn)行計(jì)算，具體可歸納為：計(jì)算參數(shù)調(diào)整時(shí)一般采用分離模型，最后的配筋計(jì)算時(shí)一般采用整體模型和分離模型的結(jié)果包絡(luò)設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃世敏，王亞勇，丁潔民，等.GB50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 徐培福，黃小坤，容柏生，等.JGJ3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu) 技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 李云貴.上部結(jié)構(gòu)與地下室共同工作分析及地下室設(shè)計(jì)在 SATWE中的實(shí)現(xiàn)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2005，26（1）.

[4] 王佐.高層建筑底部抗震設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的探討[J].建筑結(jié)構(gòu)， 2010，40（10）.