高层建筑地下室结构的设计要点.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0年第 7期 总第 1 4 5期 高层建筑地下室结构的设计要点 王仙蔚 ， 李晓雷 哈尔滨工业大学建筑 设计研究院 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0 【 摘要】 针对高层建筑地下室设计问题 ， 重点讨论了高层建筑结构底部嵌固部位的确定、 抗震墙底部加强 部位高度以及地下室抗震等级问题。 【 关键词】 高层建筑； 地下室结构； 嵌固位置； 加强区高度 【 中图分类号】 T U 9 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 0 0 7 0 0 2 4 一 o 2 随着社会经济的发展， 设置有地下室的高层建筑 越来越多 。设 置地下室对 高层 建筑有减少地震作用对 上部结构的影响、 提高地基土的承载力等诸多优点。 地下室设计的合理与否将直接影响高层建筑的正常 使用与造价。本文对高层建筑地下室的设计关键点进 行讨论， 供工程设计参考。 1 设置有地下室的高层建筑 的嵌 固位置 钢筋混凝土高层建筑在进行结构分析之前， 必须 首先确定结构嵌 固端 所在位 置 ， 其直接关 系到计算 模 型与实际受力状态的符合程度。目前实际工程中大多 数单塔或多塔高层建筑都带有面积较大的地下室以 及层数不多的裙房， 而且裙房可能相连形成大底盘。 建筑抗震设计规范 规定高层建筑地下室在满足一 定条 件下 ， 地 下室 顶板 可 以作 为上 部结构 的嵌 固端 。 在确定带地 下室 的高 层建 筑 嵌 固位 置 时需要 特殊 注 意 以下几点 1 地下一层结构侧 向刚度应 不小于地上 结构 侧向刚度的2倍。结构层侧向刚度可近似按等效剪切 刚度计算 ， 即 ，’A L ≥2 ， ， A ] A 0 ． 1 2 A 1 U l ， 11 ， ‘ 0 式 中， G 0 、 G 。 分别 为地 下一层 及地 上一 层 的混凝 土剪切模量 ； A 。 、 A 。 分别 为地 下～层 及地 上 一层竖 向 结构构件的总折算受剪面积 ； A 为沿计算方向地上一 层或地下室范 围地 下 一层 的抗 震墙 全部 有效 截面 面 积 ； A 为地下一层 或地 上一层 全部柱 截面面积 ； h 。 、 h ， 分别为地下一层及地上一层的层高。 注意对“ 侧 向刚度 的 2倍 ” 的要 求可 以理解 为有 效数字满足2倍， 即地下室结构的楼层侧 向刚度不小 于相邻上部楼 层侧 向刚 度 的 1 ． 5倍 。还 要注 意 的是 “ 地下室结构的楼层侧向刚度” 指结构自身刚度 ， 不考 虑土对地下室外墙的约束作用。 2 “ 应采用现浇梁板结构， 其楼板厚度不宜小 于 1 8 0 m m， 混凝土强度等级不宜小于 C 3 0 ， 应采用双层 双向配筋 ， 且每层每个方 向配筋率不宜 小于 0 ． 2 5 ％” 。 对楼盖结构形式、 楼板厚度以及配筋提出详细要求。 相对梁板结构而言 ， 无 梁楼盖结构平面外刚度较小 ， 难 以符合刚性楼板假定的基本要求， 因此， 作为上部结构 嵌固部位的地下室顶板， 主楼范围以及与之相连裙房 地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构， 无地上 结构的地下室顶板其它位置可采用元梁楼盖结构。对 于地下室形成大底盘结构而言， 其中的“ 相关范围” 指 距主楼两跨且不小于 1 5 m范围。其具体范围见图 1 。 3 计算多塔大底盘地下 室结构楼层剪切 刚度 比时， 大底盘地下室的整体刚度与所有塔楼的总体刚 度比应满足上述 1 中刚度 比的要 求 ， 而且 每栋 塔楼 范围内 塔楼周边向外扩出与地下室高度相等的水平 长度 的地下室剪切刚度与相邻上部结构塔楼剪切刚 度 的剪切刚度 比不宜小 于 1 ． 5 。 无 其它范 部结构时 地下室顶板作为上部 a 可用无梁楼盖 结构嵌 固端时 广 ＼ l 主 楼 以 及 相 关 范 围 采 现 浇 粱 板 结 构 r 、’- -’～ l I 图l 大底盘结构嵌 固位置楼盖体系要求 4 单层地下室建筑宜选择基础底板作为结构 嵌固端。选择基础底板作为结构嵌固端， 可以充分利 [ 7 ] 宋天霞， 黄荣杰 ， 杜太生 ．钢筋混凝 土非线性结构有 限元及 其 优化设计 [ M] ．武汉 华 中科技大学出版社， 2 0 0 3 2 6 4 2 ． [ 收稿 日期 ] 2 0 1 0 0 2 0 5 [ 作者简介] 李长凤 1 9 7 5一 ， 女 ， 黑龙 江拜泉人 ， 副教 授， 硕 士， 研究方 向 土木工程结构理论 。 王仙蔚等 高层 建筑地 下室结构的设计要点 用基 础的“ 无 限刚” 的假 定 ， 也 为首层 楼面 的灵 活造 型 创造条件 ； 即使 是首 层楼面有大开洞 ， 或者选用 无梁楼 盖 ， 都不影响 计算 的准确性 ， 但是地下室作为抗 爆级别 较高的防空地下室时 ， 其顶板与墙体通常具有作为结 构嵌固端的刚度， 此时可取其作为上部结构的嵌固端。 5 当不 能满 足嵌 固在 地下 室顶 板的 要求 时 ， 可按嵌 固在基 础顶部设计 。B级高度高 层建筑不 宜嵌 固在基础顶 部 。而且在设计地下室结构时不考虑地下 室结构水平 地震作用降低 系数 。 2设置有地 下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度 根据 建筑抗震设计规范 2 0 0 8版 的规定 ， 有 抗震设 防要求 的设 置有抗 震墙 的高层建筑 ， 抗 震墙 底 部都要求设有底部 加强 区 ， 其 目的是 在加强 区范 围 内 采取增加边缘 构 件 的箍 筋 和墙 体横 向钢 筋等 必 要 的 抗震加强措施 ， 避免脆 性的剪切破坏 ， 改善整个结 构的 抗震性能。其规定为 ①部分框支抗震墙结构的抗震 墙 框支层 以及 以上两层 ， 落地抗震墙 总高 度的 1 ／ 8 取 以上两者较大值。②带大底盘的高层以及裙房与主楼 相连的高层 取 地下室顶板 以上抗震 墙总 高度 的 1 ／ 8 ， 向下延伸一层 到地下一层 。高 出大底盘顶 板或裙房顶 板至少一层。③其它结构抗震墙 抗震墙总高度的 1 ／ 8 ， 底部两层 ； 取 以上两者的较大值 。 需要注意的是 抗震规范 对于部分框支抗震墙 结构 、 大底 盘结构的抗 震墙底 部加强部 位 的高 度提 出 不大于 1 5 m的要 求 ， 当底部 大 空间层 数较 多 、 大底 盘 高度较 大时 ， 往往与其它 控制条件相 矛盾 ， 也 与 高层 建筑混凝 土技 术规 程 不尽 相符 ， 故建 议取 消 部分 框 支抗震墙 结构 、 大底 盘结构 的抗震墙底 部加 强部位 的 高度不 大于 1 5 m 的要求 。另外有关抗 震墙高度 抗震 规范 并未明确规定， 而底部加强 区高度又和抗震墙 高度有 很大关 系 ， 故工 程中很难操作 ， 又如在建筑 中设 置半截 高 度抗 震墙 时 ， 抗震 墙高 度取值 明显 不 合理 。 考虑到实际存 在 的 回填 土对 地下 室 结构 的约 束 作用 等因素 ， 建议采用房 屋高度 代替抗震墙 高 度确定 底部 加强部位高度 ， 这样概 念清晰 ， 便 于操作 。抗震墙底 部 加强区高度具 体见 图 2 。 a 部分框支 剪力墙 b 】 带大地盘高层 c 其它结构的高层 图2 抗震墙结构底部加强区高度 3 高层 建筑地下结构 的抗震 等级 1 当地 下室 顶板 作为 上部 结构 嵌 固端 时 ， 地 下一层 的抗震 等级应 与上部结 构相 同， 地下 一层 以下 抗震等级可逐渐降低一级 ； 对 于标准设 防类 丙类 建 筑 ， 6 、 7度 时不 宜低 于四级 ， 8 度 时不宜低于三级 ， 九度 时不宜低 于二级 ； 对 于重点设 防类 乙类 建筑 ， 6度时 不宜低 于四级 ， 7度时不 宜低 于三级 ， 8度 时不宜低 于 二级 ， 9度时应 专门研究。地 下室 中无上部结 构部分 ， 可根据具体情况采用三级或四级。除九度外 ， 上部结 构 以外 范围较大的地下 室结构 可采用三 一四级 。 2 当地下室不能作 为上部结 构 的嵌 固端而需 嵌固在地下其它楼层时 ， 实际嵌固部位所在楼层以及 以上的地下室楼层 与 地面 以上 结构 相对 应 的部 分 的抗震等级 ， 可取为与地 上结构 相 同。嵌 固部 位以下 可按上述 1 采用 。 3 当地下室为大底盘其上有 多个独立塔楼时 ， 若嵌固部位在地下室顶板， 地下一层高层部分以及受高 层部分影响范围以内部分的抗震 等级应 与高层 部分底 部结构抗震等级相同。地下一层其余部分以及地下二 层以下各层抗震等级可 以按照上述 1 方法确定 。当地 下一层受高层部分影响范围在规范没有确定前 ， 设计 可 以按照工程具体 情况考虑取一倍 主楼对应尺寸和基础 埋深较大值。具体抗震等级的确定见图3 。 c 抗震等级 L 唇高层部分影响区域 图3 高层建筑地下室抗震等级示意 参考文献 [ 1 ] 黄世敏， 杨沈． 建筑震害涉及对策[ M] ． 北京 中国计划出版 社 ， 2 0 0 9 1 2 8 ． [ 2 ] 朱炳寅． 建筑结构设计问答及分析[ M] ． 北京 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 9 l 2 41 3 1 ． [ 3 ] GB 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范 2 0 0 8版 [ s ] ． [ 4 ] J G J 3 2 0 0 2 J 1 8 62 0 0 2， 高层建筑混凝土结构设计规程 [ s ] ． [ 5 ] 胡庆昌． 高 层建筑 地下 室 的抗震设 计 [ J ] ．建 筑结 构 ， 2 0 0 6， 6 1 61 7 ． f 收稿 日期] 2 0 1 00 3 2 2 [ 作者简介] 王仙蔚 1 9 6 4一 ， 女 ， 哈尔滨 人 ， 高级 工程师 ， 国 家一级注册结构工程师， 从事工业与民用建筑 专业。