结构设计中嵌固层的选取与设置

李云莎

【摘要】对于带有地下室的多高层建筑结构，嵌固层的选取和设置对于结构设计非常重要。本文结合现有《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《高层建筑混凝土结构设计规程》（JGJ3-2010）规范有关规定，对嵌固层的选取及与上部结构共同工作的地下室结构提出几点看法和建议，以供设计人员参考。

【关键词】嵌固层；地下室

引言

随着经济的蓬勃发展，土地资源集约化利用日渐凸显，由于地基承载力及结构稳定等方面的原因，高层建筑均带有地下室，一层或多层，出于经济考虑，一般高层地下室均与地下车库相连。于是在上部结构模型建立和分析时，如何考虑地下室嵌固的影响，特别是大面积地下车库，对于上部结构简化分析具有重要意义。

1 概述

嵌固顾名思义指结构构件在节点处无位移，是一种理想状态，而在现实中很难做到这点。现有《建筑抗震设计规范》[1]6.1.14条、《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]5.3.7条，12.2.1条给出了地下室顶板作为上部结构嵌固的条件，《混凝土规范》[3]11.1.4条，《建筑抗震设计规范》[1]6.1.3-3条及《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]3.9.5条规定了地下室顶板作为上部结构嵌固端时地下室抗震等级的确定；同时《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]3.5.2-2条指出作为结构底部嵌固层，考虑层高修正的楼层侧向刚度比不宜小于1.5，应可作为《建筑抗震设计规范》[1]6.1.14条中第二条“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”的补充说明。

对于作为上部结构嵌固端的地下室顶板，文献[4]指出：“如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3倍时，地下室顶板也可采用现浇板柱结构（但应设置托板或柱帽，同时应考虑柱脚内力对无梁板及下部结构的影响）”。

作为嵌固层的地下层与上一层的侧向刚度比，文献[5]指出剪切型结构在刚度比不小于2时，可忽略地下层的影响，弯曲型结构在建立模型时不能忽略地下层的影响，弯剪型或剪弯型介于两者之间。

文献[6]通过具体工程实例建模分析，得出地下室顶板开洞后，结构板的刚度被削弱，导致洞口周边的上部结构竖向构件的水平力通过楼板的传递途径重分布，但对上部结构总体影响不大。通过加强地下室楼板可以实现在地下室顶板嵌固的要求。

2 地下室顶板作为上部结构嵌固端

地下室顶板作为上部结构嵌固端时，地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力。而如今很多建筑物主体结构与地下车库相连，而地下车库又与多个建筑物相连，同时由于室外覆土等原因使得地下车库顶板与主楼地下室顶板间有一定的高差，此时选择地下室顶板作为上部结构嵌固端可使结构建立模型大大简化，而这很大程度依赖于地下室顶板能否有效传递地震基底剪力。因此地下室顶板错层处做加腋加强是有必要的，如图1所示。

图1 错层处结构板加腋 圖2 结构板加腋简化模型

假定加腋处简化为图2所示的二力杆，则斜杆内力为

（1）

其中： ——地下室顶板所需传递的地基基底反力；

——所加腋与地下室顶板的夹角。

由式（1）可知，当 等于0时，即地下室顶板无错层，则顶板可完全传递基底反力，当然其依赖于楼板有足够的平面内刚度； 趋于90时，即错层处未加腋，则 均由错层处竖向构件承担。

而错层越大，则斜杆越长，加腋处因局部加强过强，亦易造成其他部位的破坏，因楼板平面外刚度有限（其与楼板周边所受约束有关），为保证基底剪力的传递，建议在上部结构主要抗侧力竖向构件处增设暗梁，或增设框架梁与地下室相关范围内抗侧力构件相连；或在上部结构建立模型时，主体结构地下一层应具有足够的抗侧力刚度，减少基底剪力对地下室相关范围内构件的影响。

3 结论

地下室顶板作为上部结构嵌固端时，作为基底剪力的传递的主要构件，因具有足够的平面内刚度，当主体结构带有地下室，而因室外覆土等原因使得地下室顶板不连续，造成传力途径的重分布，使得地下室结构内力复杂，建议地下室错层处加腋，或增设暗梁，上部结构当楼板错层较大时（超过绝大部分梁高），结构分析时应减小地下室相关范围内抗侧力的影响，提高主体结构地下室抗侧刚度。

虽经济的发展，地下结构越来越多样话复杂话，当地下结构连接多个上部结构时，同时有部分地下室顶板为两个或以上上部结构的相关范围，因其内力复杂，宜局部加强，特别当上部结构为高层建筑时，为避免造成“强梁弱柱”，结构抗侧力构件亦宜加强。

参考文献：

[1]GB50011—2010 建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]JGJ3—2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]GB 50010-2010 混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[4]北京市建筑设计研究院. 建筑结构专业技术措施[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]程志辉. 考虑地下室的高层结构动力技术模型及其结构基本周期的影响—对《建筑抗震设计规范》第6.1.14条有关嵌固端规定的探讨[J]. 建筑结构. 2007.（5）.

[6]莫世海，全戈，梁灏，孙科章. 地下室顶板开洞对超高层建筑嵌固端的影响分析[J]. 建筑结构. 2011.（4）.