帶大地下室的多塔樓建筑結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)計

查旭

摘 要：目前大多數(shù)建筑工程都設(shè)計有地下室，大部分地下室上部都設(shè)計有多棟塔樓，部分 位于坡地上的建筑地下室各邊填埋深度差異較大，大體量的建筑連成一片形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 體，如何把復(fù)雜的技術(shù)問題簡單化，進行安全、經(jīng)濟、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析是一個值得認真 思考的問題。本文根據(jù)筆者多個工程的設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范標準對大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)的 判別，結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)計等做了一些總結(jié)，與各位同行一起探討學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：地下室；大底盤；塔樓；上部結(jié)構(gòu)；嵌固端

隨著國家經(jīng)濟的高速發(fā)展，大量人口涌入大城市，城鎮(zhèn)化建設(shè)快速推進，城市建設(shè)用地 愈發(fā)緊張，城市建筑只能盡量向高空發(fā)展，并充分利用地下空間。城鎮(zhèn)市區(qū)高層建筑隨處可 見，對地下空間的利用也越來越重視，大多數(shù)工程都設(shè)有地下室，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須深度掌 握帶地下室建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計分析常識及要點。高層建筑在進行結(jié)構(gòu)計算分析之前必須首先 判別是否為大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)，要確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置。根據(jù)實際情況正確選取結(jié)構(gòu) 嵌固端，是高層建筑結(jié)構(gòu)計算分析中的一個重要假定，它不僅關(guān)系到結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分配的準 確性，而且還會影響結(jié)構(gòu)側(cè)移分析的真實性，而且關(guān)乎到結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，因此有必要對結(jié)構(gòu) 嵌固端位置的選取作進一步探討。

1.大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)的判別

實際工程中經(jīng)常會出現(xiàn)一個大底盤上部有多個塔樓的情況，是否屬于大底盤多塔結(jié)構(gòu)的 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)該根據(jù)每個工程的具體情況分析，一般主要分為以下幾個情況。 （1）當大底盤僅為純地下室，地下室頂板可以作為上部塔樓的嵌固端時，則該工程不屬于 大底盤多塔結(jié)構(gòu)。

（2）當大底盤為純地下室，但是地下室頂板不能作為上部塔樓結(jié)構(gòu)的嵌固端時，可認為不 屬于大底盤多塔結(jié)構(gòu)，但應(yīng)按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》10.6 節(jié)的相關(guān)規(guī)定要求進 行包絡(luò)設(shè)計。

（3）當?shù)孛嬉陨嫌腥狗颗c多個塔樓連成一體時，無論嵌固端是否在地下室頂板，該工程均 屬于大底盤多塔樓復(fù)雜高層建筑。

（4）地面以上裙房只分別與單個塔樓相連時，可不考慮其對其他塔樓的影響，該工程不屬于大底盤多塔復(fù)雜高層建筑，但當嵌固端在地下一層地面或以下時，該工程應(yīng)按照《高層建 筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》10.6 節(jié)的相關(guān)規(guī)定要求進行包絡(luò)設(shè)計。

2.作為結(jié)構(gòu)嵌固端的條件

高層建筑結(jié)構(gòu)的嵌固端通常選擇在地面標高附近，但此地面標高處嵌固端樓層應(yīng)該具有 必要的嵌固條件。只有地下室才具備作為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的基本條件，上部其他樓層即使?jié)M 足剛度比要求也不能成為其上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，例如大底盤和多塔樓結(jié)構(gòu)的裙房頂?shù)龋荒?作為剛度突變樓層考慮。地下室側(cè)壁應(yīng)該具有良好的側(cè)限，嵌固樓層整體性要好，樓層不得 有大洞口，應(yīng)采用現(xiàn)澆混凝土梁板樓蓋結(jié)構(gòu)。《高規(guī)》5.3.7 條及其條文說明規(guī)定作為嵌固端 樓層的地下一層及相關(guān)范圍與地上一層的等效剪切剛度比不宜小于 2?！犊挂?guī)》6.1.14 條規(guī)定 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端時，地上一層的側(cè)向剛度不宜大于地下一層及其相關(guān)范圍 側(cè)向剛度的 0.5 倍，且地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。該相關(guān)范圍是指從地上結(jié)構(gòu) 周邊向外延伸不超過三跨且不大于 20 米。

關(guān)于高規(guī)中地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度比不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的 2 倍的規(guī) 定，可以理解為有效數(shù)字滿足 2 倍，即地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不小于相鄰上部樓層側(cè)向 剛度的 1.5 倍。目前在多個省份的地方標準中已經(jīng)是按這個執(zhí)行的。

對于大底盤多塔結(jié)構(gòu)，上部各塔側(cè)向剛度之和與地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足側(cè)移剛度比要求，其 中每一棟單塔與其相關(guān)范圍內(nèi)的地下室結(jié)構(gòu)也必須滿足側(cè)向剛度比要求。

確定結(jié)構(gòu)嵌固時所采用的結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度指的是結(jié)構(gòu)自身的剛度，《高規(guī)》5.3.7 條及 其條文說明已明確指出按照附錄 E.1 條等效剪切剛度公式計算結(jié)構(gòu)嵌固側(cè)向剛度比，即在確 定上部結(jié)構(gòu)嵌固端時，樓層側(cè)向剛度比的計算中不考慮土對地下室外墻的約束作用。

由于整體結(jié)構(gòu)在實際工作中，土體對地下室外墻有很大的約束作用， 因此地下室頂板處 對上部結(jié)構(gòu)的嵌固作用是客觀存在的；是否能作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，考察的只不過是這種 嵌固作用的強弱問題；因而無論地下室頂板是否作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，結(jié)構(gòu)設(shè)計中均應(yīng)該 考慮地下室頂板處實際存在的嵌固作用，采取相應(yīng)的加強措施。故在嵌固端位置確定后的結(jié) 構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該考慮地下室外圍填土對地下室剛度的貢獻，并進行相關(guān)的設(shè)計計算。

3.上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的確定

根據(jù)前述結(jié)構(gòu)嵌固端的條件要求，要確定上部結(jié)構(gòu)嵌固位置，首先得計算結(jié)構(gòu)的剛度比。

結(jié)構(gòu)剛度有側(cè)移剛度、等效側(cè)移剛度、地震剪力與地震層間位移比、剪切剛度、等效剪切剛 度等多種。計算結(jié)構(gòu)嵌固剛度比一般采用地震剪力與地震層間位移比的剛度比計算方法和等 效剪切剛度比，且應(yīng)以等效剪切剛度比作為主要判斷依據(jù)。采用 PKPM、盈建科等結(jié)構(gòu)分析軟件計算結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度比確定嵌固端時，應(yīng)將上部結(jié)構(gòu)與地下室作為一個整體考慮，首先假 定結(jié)構(gòu)的嵌固部位在基礎(chǔ)頂面，不考慮回填土對地下室側(cè)向剛度的貢獻，計算基礎(chǔ)頂面以上 各層結(jié)構(gòu)自身的樓層側(cè)向剛度比，對于大底盤和多塔結(jié)構(gòu)計算側(cè)向剛度時應(yīng)考慮相關(guān)范圍的 影響。然后根據(jù)計算的剛度比值確定上部結(jié)構(gòu)在地下室的嵌固端位置后，再將計算模型中嵌 固部位調(diào)整到已經(jīng)確定的嵌固部位樓層，同時考慮回填土對地下室樓層側(cè)向剛度的影響，進 行結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的設(shè)計計算。采用地震剪力與地震層間位移比的剛度比計算方法時，應(yīng)將地下 室層數(shù)設(shè)為 0 或者將土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)設(shè)為 0（即不考慮土體的約束作用）。地 震剪力與地震層間位移比的剛度比計算與結(jié)構(gòu)本身及外界條件都有關(guān)聯(lián)。采用等效剪切剛度 比時，地下室層數(shù)和土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)可以按照實際情況填寫。剪切剛度的計算 僅與建筑結(jié)構(gòu)自身的特性有關(guān)，與外界條件無關(guān)。

對于帶多層地下室的結(jié)構(gòu)，當?shù)叵率翼敯宀荒茏鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時，可依次驗算地 下二層及以下各層對上部結(jié)構(gòu)首層的等效剪切剛度比，當滿足剛度比大于 2（即大于 1.5）的地下室樓層即可確定為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端位置。對于帶多層地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固部位設(shè)在地下室頂板是最經(jīng)濟的選擇，一般都應(yīng) 該選擇地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，嵌固端取得越降，總的加強范圍就越大，因而結(jié) 構(gòu)的費用就越高。

4.結(jié)語

在帶地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，無論選擇哪個部位作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，都可以通 過常用的結(jié)構(gòu)計算分析軟件獲得較為準確的計算結(jié)果，但我們期望的是軟件計算結(jié)果要能較 為真實的反映結(jié)構(gòu)實際受力情況。為了達到這一目標，結(jié)構(gòu)計算時輸入正確的參數(shù)和數(shù)據(jù)相 當重要，選取的結(jié)構(gòu)嵌固端所在位置對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的影響也非常大，因此重視結(jié)構(gòu)嵌固端 的位置選取，而且在確定上部結(jié)構(gòu)嵌固端位置后如何保證其能成為真正的嵌固端，還有許多 結(jié)構(gòu)措施需要研究和完善，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不能忽視的一個重要環(huán)節(jié)?？傊邔咏ㄖY(jié) 構(gòu)嵌固端設(shè)計是一個綜合性很強的力學(xué)分析和工程設(shè)計問題?，F(xiàn)代高層建筑工程龐大，工程 建設(shè)投資巨大，不管是從安全角度還是經(jīng)濟角度來看，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的。結(jié)構(gòu) 嵌固端設(shè)計的關(guān)鍵是要弄清結(jié)構(gòu)設(shè)計分析的基本力學(xué)原理，充分了解實際建筑場地條件，確 定科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)布置方案，認真細致的做好結(jié)構(gòu)計算分析，采取安全可靠的結(jié)構(gòu)措施。本 文根據(jù)多個工程實踐經(jīng)驗就高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)計做了一個技術(shù)性的總結(jié)，由于本人知識 水平有限，懇請各位同仁給于批評指正。

參考文獻：

[1]結(jié)構(gòu)軟件從入門到精通，楊星編著

[2]結(jié)構(gòu)軟件技術(shù)條件及常見問題詳解，陳岱林、高航等著