淺談帶有局部地下室的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王營(yíng)濤

【摘要】地下室的設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，隨著地下室和地基基礎(chǔ)形式的多樣化，上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取是否合理顯得復(fù)雜而重要。因此只有綜合分析遇到的不同情況，才能合理的選取嵌固部位，采取正確的計(jì)算方法和結(jié)構(gòu)措施。本文結(jié)合具體工程設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)含有局部地下室的框架結(jié)構(gòu)這種特殊的情況進(jìn)行了分析，提出了一種設(shè)計(jì)思想和方法，希望對(duì)讀者有一定參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】地下室；嵌固部位；設(shè)計(jì)計(jì)算；包絡(luò)設(shè)計(jì)

一.工程簡(jiǎn)介

本工程為新疆呼圖壁縣某幼兒園，總建筑面積4500㎡，地下一層，地上四層，框架結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為7度，層高3.6米，首層建筑平面如附圖1。由于建筑平面不規(guī)則，故將本工程分為上下兩段分別計(jì)算，現(xiàn)將上半部分結(jié)構(gòu)分析過(guò)程介紹如下。

二.設(shè)計(jì)方案的確定

本工程在方案階段由于建筑面積、資金、審批等各方面限制的原因，對(duì)于地下一層只采用局部作為地下室使用。地下一層結(jié)構(gòu)平面布置如附圖2（斜線填充部分為地下室）。由于本工程場(chǎng)地土在地面以下1～4米范圍內(nèi)為濕陷性粉土，故非地下室部分采用無(wú)樓板的梁柱框架與地下室框架相連接組成地下一層，基礎(chǔ)底標(biāo)高均設(shè)于-4.6m，地下室外墻采用250厚鋼筋砼墻。

三. 計(jì)算分析

本工程的計(jì)算分析，關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)嵌固端的選擇，按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.14條和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第5.3.7條規(guī)定的基本思想，將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個(gè)整體考慮，故結(jié)構(gòu)嵌固端位置可分兩種情況：

1.將結(jié)構(gòu)嵌固端置于基礎(chǔ)頂

由于地下室設(shè)置僅為局部，其余非地下室雖然也采用框架的形式與地下室結(jié)構(gòu)相連接組成整體，但非地下室只有梁柱沒(méi)有樓板，在平面內(nèi)框架梁因樓板開(kāi)洞而削弱。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.14條第1款，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端部位時(shí)地下室頂板應(yīng)避免開(kāi)設(shè)大洞口（但規(guī)范未予明確地下室頂板“大洞口”的量化標(biāo)準(zhǔn)）。故將結(jié)構(gòu)嵌固端置于基礎(chǔ)頂。這種方法相對(duì)比較保守，增加了結(jié)構(gòu)的計(jì)算高度，沒(méi)有考慮土體對(duì)地下室的嵌固作用。

2.將結(jié)構(gòu)嵌固端置于地下室頂

由于地下室四周采用鋼筋混凝土墻，非地下室部分也采用框架結(jié)構(gòu)與其相連構(gòu)成整體，這樣就使得地下一層的側(cè)向剛度遠(yuǎn)大于首層，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第6.1.14條第3款，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端部位時(shí)結(jié)構(gòu)地上一層的側(cè)向剛度不宜大于相關(guān)范圍地下一層側(cè)向剛度的0.5倍。故將結(jié)構(gòu)嵌固端置于地下室頂。對(duì)于這種方法，結(jié)構(gòu)的計(jì)算高度為地下室頂面以上的實(shí)際高度，因而上部結(jié)構(gòu)的水平位移情況與實(shí)際情況較符合。這種情況，由于地下室的剛度被近似看成是無(wú)限大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體剛度增大。

鑒于以上兩種情況，本工程建立了兩種模型進(jìn)行比較分析，部分?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)比如下：

·模型一：以基礎(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端

·模型二：以地下室頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端

（數(shù)據(jù)中樓層號(hào)1表示地下一層，樓層號(hào)2表示地上一層，其余層以此類推。）

（1）側(cè)移剛度比

Ratx1，Raty1 ：本層與上一層側(cè)移剛度70%或上三層平均側(cè)移剛度80%的比

樓層號(hào) 模型一 模型二

Ratx1 Raty1 Ratx1 Raty1

1 19.5405 30.7006 610268.0000 600205.0000

2 1.8126 1.9170 1.8642 1.9503

3 1.6448 1.6832 1.6513 1.6870

4 1.5703 1.5591 1.5811 1.5813

5 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

分析：從上表可以看出，當(dāng)以基礎(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下一層剛度遠(yuǎn)大于地上一層的2倍，故地下一層的剛度條件是滿足作為嵌固端的要求的；當(dāng)以地下室頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，地下一層的剛度是被認(rèn)為接近無(wú)限大的，而地上樓層的剛度都有所增加。

（2）周期

振型號(hào) 周期 振型參與系數(shù)（X+Y）

模型一 模型二 模型一 模型二

1 0.7169 0.7077 0.01+0.98 0.00+1.00

2 0.7051 0.6911 0.99+0.01 1.00+0.00

3 0.6437 0.6326 0.00+0.01 0.00+0.01

周期比 0.8978 0.8938

分析：從上表可以看出，當(dāng)以基礎(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，其平動(dòng)周期和扭轉(zhuǎn)周期均大于以地下室頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)的情況。這是因?yàn)楫?dāng)以基礎(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端時(shí)，其計(jì)算高度明顯增加了。

（3）位移

最大層間位移與平均層間位移的比值

樓層號(hào) 模型一 模型二

X Y X Y

1 1.13 1.49 1.00 1.00

2 1.02 1.05 1.01 1.02

3 1.01 1.02 1.01 1.01

4 1.01 1.02 1.01 1.00

5 1.01 1.05 1.03 1.07

分析：從上表可以看出，兩種模型在x方向位移比相差較小，在y方向相差較大，同時(shí)可以看出兩種模型的位移比在地下一層和地上一層相差較大，這說(shuō)明地下室頂面嵌固與否對(duì)這兩層的層間位移影響最大。

四.結(jié)論及建議

通過(guò)以上分析可以看出，將地下一層的剛度看作是無(wú)限大（以地下室頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端）或很?。ㄒ曰A(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端）都是不太符合實(shí)際情況的，所以，當(dāng)遇到局部地下室這類情況時(shí)，不妨這樣考慮：先以基礎(chǔ)頂面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，計(jì)算其側(cè)移剛度比，若地下一層的剛度遠(yuǎn)大于地上一層剛度的2倍時(shí)，可將上部結(jié)構(gòu)的嵌固端置于基礎(chǔ)頂，同時(shí)仍考慮地下室頂板對(duì)上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際嵌固作用，取不同的嵌固部位（基礎(chǔ)頂和地下室頂）分別計(jì)算，最后取包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計(jì)。本工程最終采用的是結(jié)構(gòu)嵌固在基礎(chǔ)頂面和地下室頂面兩種模型的包絡(luò)設(shè)計(jì)。

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