关于高层建筑结构嵌固端的讨论.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2011年9月 第9期 SEP 2011 No．9 1高层建筑通常都设地下室 高层建筑尤其是抗震设防的高层建筑，为了减 轻地震灾害的破坏程度、提高地基承载力和结构抗 倾覆能力，通常都设地下室。 另一方面由于建筑使 用功能的需要也要求设地下室，而且往往是设多层 地下室。 2地下室设置的各种情况 高层建筑结构分析计算时必须对结构进行力学 上的简化处理，其中重要的简化处理（也即计算假 定）就是结构嵌固端的设定，此设定既要反映结构的 受力性能又要适应所选用的计算分析软件的力学模 型。 而实际工程的高层建筑所设置的地下室却有各 种不同情况有单层和多层的，有半埋式的和全埋式 的，有地下室侧壁和主楼首层投影部位重叠或相距 较近的也有相距较远的，有地下1层层高与首层层 高接近的或相差较大的（后者又分地下1层层高高 于或低于首层层高的），也有首层层高远大于2层层 高的；从地下室基坑支护结构的功能上分，有支护结 构与地下室侧壁分别设置的，也有二者合一的，等等。 这样使得高层建筑结构嵌固端的选取不可能千篇一 律， 必须根据地下室设置的不同情况选取合适合理 的结构嵌固端。 3顶板为嵌固端的要求 对于多层地下室， 由于地下1层以下各层不要 求计算地震作用，整个地下室更不承受风荷载作用， 因此多数高层建筑的结构嵌固端都选取地下室顶板 部位。以顶板为结构计算的嵌固端，对上部结构而言， 计算所得的结构侧向位移和构件内力等更能反映结 构的实际情况。 规范（规程）中对地下室顶板作为结 构嵌固端有诸多规定和要求， 相反对不以地下室顶 板作为结构嵌固端的，几乎没有任何一条条文提出具 体要求，这从另一侧面说明高层建筑以地下室顶板为 结构嵌固端是普遍做法， 而且也许是较正确的做法。 为了使地下室顶板部位较真正地成为结构嵌固端， 规范（规程）对此有全方位的约束条件和要求，其具 体和定量规定如下 ⑴楼层上下刚度比地下1层与首层的侧向刚 度比不宜小于2；当首层层高大于2层层高的1.5倍 关于高层建筑结构嵌固端的讨论 彭丽红张元坤 （广州容柏生建筑结构设计事务所广州510170） 摘要高层建筑结构嵌固端的选取是结构计算中重要的简化假定。 本文以高层建筑地下室设置的各种不同情况论述结 构嵌固端的合理选取，并从地下室承受地震作用效应和规范（规程）的有关条文叙述，阐明大多数高层建筑宜以地下室顶板作为 结构嵌固端以及结构设计中为此而必须采用的结构措施，希望与设计同行取得正确和统一的认识。 关键词结构嵌固端； 地下室顶板结构； 层高； 刚度比； 抗震等级 The Discussion on Structural Embedded Fixing of Tall Building Peng LihongZhang Yuankun （RBS Architectural Engineering Design AssociatesGuangzhou 510170，China） AbstractThe selection of structural embedded fixing of tall-building is an important simplified assumption in structural calculation. This article will discuss rational selections of the structural embedded fixing from various different situations of basement settings of tall-building. According to some rules and regulations of basement bearing earthquake effect，this article will clarify that most of tall-buildings are appropri- ate to make the top slab of the basement as the structural embedded fixing and the relevant regulations obliged to adopt in the structural de- sign. The author expects to discuss with people in the same structural designing field to obtain a correct and unified opinion. Keywordsstructural embedded fixing；basements top slab structure；floor height；ratio of rigidity；anti-seismic rating 7 彭丽红等 关于高层建筑结构嵌固端的讨论SEP 2011No．92011年9月第9期 时，首层与2层的侧向刚度比不宜小于1.5； ⑵顶板平面内刚度首层楼层应采用现浇梁板 结构，混凝土强度等级不低于C30，避免大开洞口， 板厚一般不小于180mm； ⑶楼板配筋需采用双层双向配筋形式，每层 每向配筋率不小于0.25； ⑷柱配筋 地下1层的柱截面每侧的纵向钢筋 面积不小于地上1层对应柱每侧纵向钢筋的1.1 倍； ⑸剪力墙边缘构件地下1层剪力墙墙肢端部 边缘构件纵向钢筋的截面积不应小于地上1层对应 墙肢端部边缘构件纵向钢筋截面积； ⑹节点处构件的抗弯承截力顶板处梁柱节点 左右梁端截面与下柱上端同一方向实配的受弯承截 力之和不小于地上1层对应柱下端的受弯承截力的 1.3倍。 4嵌固端的选取 作为高层建筑的结构嵌固端，其工作机理是嵌 固端节点下的梁柱（板）构件是不产生转动的，嵌固 端楼层平面内更不会产生水平位移，地震作用下结 构的屈服部位将发生在嵌固端之上楼层，因此实际 工程的结构嵌固端应按地下室设置的不同情况（包括 地下1层、首层及2层的层高因素）给予合理选定。 ⑴对于单层半埋式地下室，由于周边填土对地 下室缺乏足够的约束作用，顶板平面理论上会发生水 平位移，故应以地下室底板为结构嵌固端（如图1a）； ⑵对于单层全埋式的地下室，如楼层上下刚度 比，包括地下1层与首层、首层与2层的刚度比容易 做到满足要求，则可以顶板处为结构嵌固端，否则应 以地下室底板为结构嵌固端（如图1b）； ⑶对于多层全埋式的地下室，尤其基坑支护结 构与侧壁合二而一的，由于周边土对地下室有足够 的约束作用，如楼层刚度比能满足规范要求，通常应 以顶板处为结构嵌固端（如图1c）； ⑷对于多层地下室而其负1层为半埋式的，由 于顶板存在室内外高差， 主体范围内的顶板平面内 刚度可能不足或地下室侧壁远离主体结构而造成上 下层刚度比过小， 则必须选取更下一层为结构嵌固 端（如图1d）。 由于地下1层以下的地下室基本符合 作为嵌固端的工作机理，只要地下1层楼盖平面内刚 度满足作为嵌固端要求，则无须要求地下2层与地下 1层的侧向刚度比不小于2。（通常建筑物的地下室2 层的层高都不会高于地下1层的层高， 当其竖向构 件截面相同时，地下2层的侧向刚度不会低于地下1 层）。 对于此类工程，增强地下1层水平构件的刚度、 强度要比满足上下刚度比容易得多，且对地下室的使 用影响最少，故一般宜选取地下1层楼层为嵌固端。 ⑸当首层层高远大于2层层高（该层高差异往 往在1.5倍以上，有的达到2～3倍），设计中根本无 法做到首层的侧向刚度大于2层的1.5倍，为了满足 规范有关楼层侧向刚度比要求， 此时也只能选取地 下1层楼层为嵌固端（如图1c）。 对于多层特别是较多层地下室的高层建筑，设计 中动辄就以底板为结构嵌固端既不科学也不合理。 即使地下1层以下楼层按完全无侧移的模型建模计 算，仍与“地下1层以下的各层不要求计算地震作用” 的规定存在差别。 此外，以底板为结构嵌固端，按规 范规定，整个地下室的竖向构件的构造要求都不应低 于首层， 无形之中就无谓地增加了地下室的结构造 价，从受力及经济性两方面考虑，都不宜以最下的底 板作为结构嵌固端。 当选定地下室顶板为结构嵌固端， 由于刚度比 要求是决定顶板是否为结构嵌固端的先决条件，为 了增强地下1层的侧向刚度从而满足地下1层与首 层的侧向刚度比要求，设计中通常采用以下方法 訴单层全埋式 ［K（-1）K（1）≥2，嵌固端取顶板］ ［K（-1）K（1）＜2，嵌固端取底板］ 訳单层半埋式 （嵌固端取底板） 訵多层全埋式 ［h（1）h（2）1.5，嵌固端取地下1 层］ （嵌固端取顶板） 訶多层半埋式 （嵌固端取地下1 层板） 图1不同设置的地下室嵌固端的选取 h2h1 8 广东土木与建筑SEP 2011No．92011年9月第9期 ⑴当地下室侧 壁与主楼首层投影 线较接近时，可计入 侧壁及其与主楼首 层投影面积之间的 竖向构件刚度； ⑵将地下1层 的墙体加厚，或将多 肢墙连成一片，或另 外增添一些墙体。 当地下1层层高小于或接近于首层层高时，上 述方法较容易达到刚度比要求，相反当地下1层层 高远大于首层层高时，则不太容易达到刚度比要求。 当以地下室顶板为结构嵌固端，顶板结构最适 宜的结构形式为只设框架梁（最好为宽扁梁）的等厚 平板。一方面符合规范规定的需采用梁板结构规定， 另一方面等厚平板的厚度通常不小于180mm， 既符 合顶板平面内有足够刚度的要求，又能充分发挥厚板 平面外较强承载力作用，施工又方便，且能形成地下 1层室内较简洁的空间观感。 即使由于某种条件限制，地下室顶板不作为结 构嵌固端，设计中有关顶板结构的板厚及配筋仍需 给予适当加强。 5各部位的抗震等级 关于结构的抗震等级，由于涉及到地下室以及 与主楼连成整体的裙房，故显得不那么单一。当地下 室顶板作为上部结构嵌固端时，规范（规程）明确规 定顶板上只有主楼而无裙房时，主楼范围内的地下 1层及主楼投影面积之外1～2跨地下1层， 其抗震 等级不应低于主楼的抗震等级， 地下1层以下抗震 构造措施的抗震等级可逐层降低一级但不应低于四 级；顶板上有与主楼相连的裙房时，裙房除按本身确 定抗震等级外，3～4跨内部分的抗震等级不应低于 主楼抗震等级 （如图23）（当裙房采用框架结构而 主楼为剪力墙结构时， 框架结构的裙房的抗震等级 可能高于主楼的抗震等级），此时裙房所对应的地下 1层3～4跨的抗震等级也应与上部裙房相同。 参考文献 ［1］GB 50011-2010建筑抗震设计规范［S］ ［2］JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］ 图2地下室抗震等级 图3裙房及地下室抗震等级 与主楼同抗震等级 抗震等级逐层降一级，但不低于四级 与主楼同抗震等级 不低于主楼抗震等级 抗震等级逐层降一级，但不低于四级 （上接第18 页） 参考文献 ［1］GB 50021-94岩土工程勘察规范［S］ ［2］GB 50021-2001岩土工程勘察规范（、［S］ ［3］GB 50021-2001（2009年版）岩土工程勘察规范［S］ ［4］GBJ 7-89建筑地基基础设计规范［S］ ［5］TJ 7-74工业与民用建筑地基基础设计规范［S］ ［6］ 工业与民用建筑工程地质勘察规范［S］ ［7］JGJ 71-2004高层建筑岩土工程勘察规程［S］ ［8］DBJ 15-3-91（广东省标准）建筑地基基础设计规范［S］ ［9］DBJ 15-31-2003（广东省标准）建筑地基基础设计规 范［ S］ ［10］DBJT15-22-98（广东省标准）预应力混凝土管桩基 础技术规程［S］ ［11］DBJ T 15-22-2008（广东省标准）锤击预应力混凝土 管桩基础技术规程［S］ ［12］SJG 1-88深圳地区建筑地基基础设计试行规程［S］ ［13］SJG 01-2010（深圳市标准）地基基础勘察设计规范［S］ ［14］ 北京地区建筑地基基础勘察设计规范［S］ ［15］ 本书编委会．建筑地基基础设计规范理解与应用［M］． 北京中国建筑工业出版社，2004 ［16］ 刘大海．岩土试验指标置信区间的统计推断［J］.广东 地质，1994（3） ［17］ 刘大海．岩土指标标准值计算方法探讨［J］．勘察科学 技术，2000（5） 9