摘要：高层建筑上部结构嵌固端的选取是结构设计的一个重要环节，通过对昆明某超高层住宅下沉广场进行分析，探讨如何考虑“地下室顶板有下沉广场的大开洞楼面”对嵌固端的影响，并采取加强措施，供类似工程参考。
关键词：嵌固端 地下室顶板开洞 下沉广场 超高层建筑
一、工程概况
昆明市西山区某地块（以下简称地块）上部结构由6栋剪力墙结构建筑组成，其中超高层建筑有3栋，分别为10#楼、11#楼、15#楼，结构高度分别为127.40m，128.00m、110.25m，均属于B级高度的高层建筑，其他3栋为99.8m高层。地下车库采用框架结构，共有3层，地下一层层高为5.5m；地下二、三层层高均为4.5m。基础形式为桩筏基础。在地下一层局部设有下沉广场。地块平面示意图见图1。
图1 地块平面示意图见
本地块考虑采取性能设计。优先采用合理的结构形式，避免采用复杂的高层结构体系，考虑主楼嵌固于地下室顶板，形成单塔结构，避免了大底盘多塔结构。高层建筑结构计算中，考虑到地下室的抗侧刚度远大于上部结构的抗侧刚度，通常把地下室顶板作为上部结构嵌固部位。根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010/2016年版（以下简称抗震规范），地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开设大洞口。本工程由于在地下一层局部设置了下沉广场，地下室顶板开了一个比较大的洞口（见图1），对嵌固效果会有比较大的影响。文中主要探讨该洞口对选择嵌固端的影响及相应的加强措施。
二、设计条件
2.1 基本条件
本工程位于昆明市西山区，抗震设防烈度8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第二组，建筑抗震设防类别为丙类。结构设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级；地基基础设计等级为丙级。建筑场地类别为III类。地面粗糙度：B类，基本风压：Wo=0.30kN/m2。基本雪压：So=0.30kN/m2。楼面活荷载按现行《建筑结构荷载规范》取值。
2.2 主要材料
混凝土强度等级：C30~C45
钢材强度等级：
钢筋：HPB300级钢筋；HRB400级钢筋
型钢：Q235-B
三、开洞对嵌固端影响理论分析
根据抗震规范第6.1.14条，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应避免在地下室顶板开设大洞口。抗震规范对大洞口并没有明确的定义，根据规范条文说明，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，必须具有足够的平面刚度，以有效传递地震基底剪力。也就是说，当地下室顶板开洞后，上部结构的水平力能通过未开洞部分的地下室顶板有效地传至地下室的其他抗侧构件上，则可以作为上部结构的嵌固端。另外，规范规定地下上层结构的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层结构侧向刚度的0.5倍，需采取措施加以保证。
四、嵌固位置的选择及嵌固包络设计
本工程在地下一层设有下沉广场，下沉广场的开口长度达到103m；若选择嵌固位置在地下一层，上部结构的水平力显然不能通过下沉广场有效地传至地下室外的填土。所以不能嵌固在地一层。
当不能嵌固在地下一层时，嵌固端需下移，这时可以考虑嵌固在地下二层。但当嵌固端下移到地下二层后，地下一层将成为带下沉广场的大底盘，模型的计算需要将整个地下室及六个塔楼一起建模，并按大底盘多大结构进行计算。这将导致模型计算工作非常大，且结构底部抗震等级需提高到特一级，构造要求及计算要求加强很多，给结构分析带来困难。
结合上面的两种情况，本工程提出了“嵌固包络设计方法”。首先在地下一层下沉广场范围增加钢结构支撑（见图2），使地下一层形成一定的平面内刚度，此时考虑主楼嵌固于此处。钢支撑虽然改善了水平传力，但一旦失效后，嵌固端将下移，此时地下二层将作为主楼的嵌固端。根据嵌固要求需加强地下二层主楼
图2 钢支撑布置示意图
相关范围的板厚，设计时将该处的板厚加厚到180mm，形成第二次对主楼的嵌固。最后分别对嵌固在地下一层及地下二层两种情况进行验算，然后进行包络设计，按此设计结果进行配筋。
通过上述方法，避免了大底盘多塔结构的设计，简化了结构模型的计算。
五、其他加强措施
1.确保主楼相关范围内地下1层与其上一层刚度比为2倍，刚度采用剪切刚度。
2.-1层层高5.5m，为了提高-1层的刚度，在-1层设置夹层，降低层高，见图3。
3.因嵌固位置夹层标高比地下室顶板标高低1m。采两侧均加腋的措施进行加强，见图4。
图3 夹层位置示意图
图5 主楼四周加墙布置图
4.在主楼相关范围内，增设与主楼相连的剪力墙，从构造上进一步加强主楼嵌固刚度。
5.在主楼相关范围外的地下室范围内，分布均匀的设一些剪力墙，从而加强整个地下室的整体刚度，有利于传递水平力。
6.在下沉广场侧边增加一些扶壁墙。
六、结语
一般情况下，地下室顶板是一个比较可靠的传递水平力的构件。但在遇到地下室带有下沉广场时，楼板传递主楼的水平力能力将被大大削弱，使地下室顶板不能满足主楼嵌固的要求。本工程首先通过在下沉广场增设钢支撑的方法，加强下沉广场传递水平力的刚度，其次通过嵌固包络设计的方法简化结构设计，并提出了一些加强主楼地下室刚度的措施，供大家参考。
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论文作者:韩振华,王刚
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第6期
论文发表时间:2019/10/14
标签：地下室论文; 顶板论文; 刚度论文; 结构论文; 主楼论文; 广场论文; 开洞论文; 《建筑细部》2019年第6期论文;