高层建筑结构地下室侧向合理约束的讨论

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1、第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2008年高层建筑结构地下室侧向合理约束的讨论邵弘1黄吉锋杨志勇(中国建筑科学研究院结构所，北京lo0013)提要本文主要探讨了地下室侧向约束对上部结构的影响，以及对地下室本身受力和设计的影响。目前，高层建筑结构分析大多采用上部结构与下部地下室共同分析的模型，地下室侧向约束作用的不同，对地下室设计，和其上层结构设计影响颇大，这就有必要探讨合理的地下室侧向约束强度。本文分析了软件中常用的约束方法。讨论了不同约束强度对地下室上下层的影响，提出一种合理的侧向约束方法，为使上下部共同建模分析更加合理，

2、提供一种思路。关键词地下室、侧向约束、共同分析、设计1问题的提出目前，高层建筑结构分析大多采用上部结构和下部地下室共同分析的模型，由于地下室侧向一般都有夯实的回填土，在分析计算时，往往需要考虑回填土对地下室侧向的约束作用。约束作用的不同实现方法，对结构分析结果有着较大的影响。尤其是对连接地下室上下层的结构设计，影响很大。所以，怎样选择合理的约束方法、合理的约束刚度，是本文讨论的主要问题。下图采用一个简单模型，采用不同强度的约束所计算的柱剪力，以说明约束作用的影响程度。1098765432l捌下审四柱四梁平面图上部2．10层风荷载

3、作用总剪力为：142l斟由于采用对称结构，所以只要考察一根柱即可说明问题。层高取33m(1)当侧向约束系数取1时1层柱剪力：16．4lNl层柱顶弯矩：．51．5l斟．m(2)当侧向约束系数取5时1层柱剪力：27．0l斟1层柱顶弯矩：．63．8kN—m由此可见不同的约束系数对内力的影响。2回填土对地下室侧向约束的考虑方法地下室侧向约束在酗盯况软件中，采用“回填土对地下室约束相对刚度比”系数，用卢表示。表明回填土侧向约束程度，近似地与地下室的层刚度有关，并且是地下室层刚度的比例系数。如：地下室邵弘，男，1959年出生，研究员．768

4、．第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2008年抗侧移层刚度为5·lo7kN／m，如果卢取2，则抗侧移层刚度将为5+2·5=15，即15}107kN／m。这样回填土的约束就由层刚度的放大(是原来的3倍)而实现。约束采用加刚度的方法，类似于充大数法。只是充入的刚度与约束有关。当充入的值越大，说明约束越强。用上述方法处理土的侧向约束是很近似的，只能视为是一种调节层刚度的一种方法。实际上土的侧向约束大小与结构的刚度无关，而只与土本身的性质有关。还是采用上图的例子，当采用不同约束强度时，约束端上下层剪力、弯矩的反应(只在2～10层加风荷

5、载)，如下表所示。约束系数O0．10．20．3O．51235．12层柱剪力(1水)．35．7。35．72层柱底弯．71．8．78．O．81．6．83．9．86．7．89．8．92．0．92．8．93．5．94．7矩(1斟一m)l层柱剪力．35．7．17．7．7．4—0．87．416．422．625．027．030．4(1甜)l层柱顶弯8．5．12．2．24．O．31．7．41．1．51．5．58．6．61．4．63．8．67．6矩(蝌．m)从表中可以看到：(1)当侧向约束系数为O时，l、2层柱的剪力是正常下传的；(2)当加了0．

6、1的约束系数，附加刚度将承担一部分的剪力，相应的l层柱顶弯矩反号；(3)随着约束系数的增大，2层柱的剪力不变，但是柱底弯矩越来越大，l层柱剪力由负值变小到正值变大，1层柱顶弯矩由反号后越来越大；(4)当约束系数取．1(SAlWE约定为lO)时，1层柱剪力为30．4，1层柱顶弯矩为．67．6。2层柱底弯矩达到．94．7。可以预见，随着约束趋向于无穷大，l层柱顶弯矩将趋向于2层柱底弯矩(这里假设没有考虑梁的影响)。当侧向约束越强(表现在附加刚度充入值越大)时，约束端1层柱的剪力由大变小、又由小变大的过程，当约束作用接近于侧向嵌固时，

7、层剪力最大。其原因如下图所示：弹簧约黝歹疆＼》l{r露岭；：；i》4!k◆《-．／／。歉盔k名．—一由于充入的有限刚度可以理解为：对地下室施加侧向弹簧约束，当弹簧约束无穷大(即充入的附加刚度值很大)时，转换为固定支点约束。由上图可以看到，当侧向约束无穷大时，侧向弹簧变为侧向支座，如果把结构竖向看成梁，需要在侧向支点处弯矩平衡(即相等当然还要包含梁)。而地下室只有1层的层高(即使多层地下室也不算高)，如上部结构在地下室顶面产生的弯矩为：M-F幸H；为平衡上部弯矩，地下室的剪力(不考虑梁时可以近似)为：V_M忙F·H／ll。弯矩平衡

8、势必造成地下室剪力V的增大。这就是为什么随着侧向约束的加强，地下室剪力、弯矩不但不减少反而增大的原因。．769．第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2008年侧向约束充入多大的附加刚度，计算结果才能合理。从上表中可以看到：充入不同的附加刚度，计算结果差异很大。尤