高层建筑地下室工程的结构分析与设计

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1、高层建筑地下室工程的结构分析与设计　　摘要：高层建筑上部荷载大，基础埋置深度也较深，地下室的设计合理与否直接影响建筑物的正常使用与造价。本文从地下室工程的结构模型人手，针对其特点的多样性和复杂性，主要从基础埋置深度、上部结构的嵌固部位、回填土的约束作用及地下室的荷载四个方面展开论述，并就设计过程中地下室的抗震等级、外墙、剪力墙、框架柱、顶板、回填土及抗裂措施等问题作了简要分析。　　关键词：埋置深度；嵌固部位；回填土；侧向刚度　　近年来，随着经济的发展，高层建筑越来越多。为了增加有效使用面积，将停车库转入地下，所以这些建筑通常都带有地下室。这不仅有利于地

2、面道路的设置，同时也满足了平战结合的要求。对于这类工程，如何把握地下室的受力情况，进行合理的计算分析是摆在广大工程技术人员面前的重要问题。本文就地下室工程的结构模型特点和设计过程中需要注意的几个问题作简要的论述。　　带有地下室的高层建筑是一个由上部结构与地下室共同组成的完整的受力体系，相互协调变形。地下室与上部建筑并没有本质的区别，在建模方法和计算分析方面也基本相同。在设计单位广泛应用的SATWE软件完全可以将地下室和上部结构作为一个整体进行计算分析。当然，地下室与上部结构的受力及分析方面也有许多不同之处，需要在设计中加以特殊考虑。　　地下室的埋置深度

3、　　高层建筑设置地下室对建筑物结构的益处很多。①可以利用的侧压力减少结构的滑移和倾覆，有利于上部结构的整体稳定性；②可以减小土的重量，减少地基的附加压力和沉降；③由于基础具有一定的埋置深度，还可以减小地震作用对上部建筑的影响。唐山地震震害就表明有地下室的建筑物破坏明显较小。　　地下室在具有足够的刚度、承载力和整体性的条件下，可作为基础结构的一部分。高层建筑基础的埋置深度应满足地基承载力、变形和稳定性的要求。位于岩石地基上的高层建筑，其埋深应满足抗滑的要求。　　建议同一结构单元应全部设置地下室，并应当有相同的埋深。基础的埋置深度为建筑物室外地面至基础底面

4、的距离，可按以下要求进行估算：　　一般天然地基，不宜小于建筑物的高度的1/15；　　岩石地基可不考虑埋深的要求，但应验算倾覆和滑移；　　桩基础不宜小于建筑物高度的1/18。在城市居住密集的地方往往新旧建筑物紧靠在一起。为保证施工期间相邻原有建筑物的稳定，通常新建高层的埋深不宜大于原有建筑的基础。当新基础埋深大于原有建筑基础时，应根据建筑荷载大小、基础形式和土质情况使基础间保持一定的距离。　　上部结构的嵌固部位　　在进行上部结构计算时，首先要确定其嵌固部位，嵌固部位又直接影响到基础的弯矩，所以它对于结构分析和基础设计都是非常重要的，并直接关联建筑物的经济

5、性和安全性。　　嵌固部位的概念引入　　由于地下室侧墙外的回填土的存在，使得地下室的力学特点和上部结构有所不同。回填土约束了地下室的水平位移，使得建筑物在地下室顶部产生刚度突变。在地震作用下，塑性铰的位置有可能发生转移。确定嵌固部位可以通过对结构刚度和承载力的调整，使得塑性铰在预定的位置出现，从而在地震作用下，保证上部结构的某些关键部位能实现预期的先于其他部位的屈服即进入非弹性阶段，产生预期的耗能机制。　　嵌固部位的含义　　结构的嵌固部位是计算模型中的一个重要假设，它是指结构预期塑性铰出现的位置。嵌固部位的正确设定直接关系到计算模型与实际受力状态的符合程

6、度，构件内力与侧移等计算结果的准确性。嵌固部位应能限制构件在两个水平方向的平动位移和绕竖轴的转动位移，并能传递上部结构的地震剪力。　　嵌固部位的确定原则　　嵌固部位结构的整体刚度和承载力是塑性铰出现的必要条件。地下室嵌固部位应能承受上部结构屈服超强引起的内力及地下室本身的地震作用。因此，《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》都规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，可以增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符

7、合要求的部位，如基础顶面等。当地下室不少于两层时，地下室顶部可作为上部结构的嵌固部位。　　回填土的约束作用　　由于地下室一般都存在外墙其侧向刚度大于上部结构。同时，地下室与室外土层接触面积大，在地震作用下，阻尼增大导致振动衰减，降低了结构的动力效应。此外，地震作用迫使与地下室接触的回填土发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下室的变形从而提高了地下室的刚度。在选择了合理的嵌固部位以后，如何分析回填土的约束作用成为地下室结构模型合理性的关键。在规范关于刚性地基的假定下，目前通常采用以下两种分析方法：　　嵌固水平位移法　　将上部结构与地

8、下室作为一个整体考虑，嵌固部位取在基础底板处，并根据地下室结构与相邻上部结构楼层侧向刚度比的大