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摘要：地下室设计的合理性，一直是结构设计的一个焦点，而其中嵌固部位的设置建模又是其中的关键。在高烈度区地下室设计的合理性影响更为明显，本文就近一段时在地下室设计方面的一些体会写出来抛砖引玉，与大家讨论。.
关键词：嵌固部位；嵌固端；高烈度；抗裂缝验算
一、前言
近几年来，伴随城市土地含金量的提高大量住宅小区和办公楼设计中都附带有大面积的地下室。如何把握好地下室的设计成为摆在设计人员面前一个非常重要的现实问题。怎样制定经济合理的地下室结构方案，正确设定建筑结构的嵌固部位，室外回填的约束作用，使所建结构模型与实际受力相符成为关键。
二、地下室的建模计算
嵌固部位的正确选取是结构计算建模中的一个重要假定，直接决定了模型与实际受力是否相符。目前地下室外墙（特别是高层）通常设计为200-350厚的钢筋砼墙。
《抗规》第6.1.14条和《高规》第5.3.7条规定，“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度，不应小于相邻上部结构楼层的2倍。”
由于理论研究和计算软件的限制，目前设计人员对地下室的处理通常有以下几种做法：
方法一：将嵌固部位取在基础顶，模型参数中取土层水平抗力系的比例系数为0（既不考虑室外回填土的约束作用），根据计算结果按普通地下室构造设计。
方法二：将嵌固部位取在地下室顶，土层水平抗力系的比例系数设定为2-4。
方法三：只有地下室为人防地下室或有一定埋深时才将嵌固部位设在地下室顶，否则按方法一设计。
方法四：以嵌固端为界面，将上部结构分开各自建模设计，再将两个模型合并计算后复核地下室设计。（常见于几个塔楼共用一个地下室的情况）
方法五：当室内外高差较大或地下室外墙有一侧无约束时，直接按一层建模计算。
这几种方法是否合理，首先要区分两个重要概念“嵌固部位”和“嵌固端”笔者发现很多设计人员和参考书将两者混为一谈。
“嵌固部位”指在该部位限定结构的水平位移；而对其它自由度并不施加任何限制。（见陈岱林主编的《多层及高层结构CAD软件高级应用》）
“嵌固端”以计算模型而言，指除承受轴力（N）、弯矩（M）、剪力（V）之外，X、Y方向水平位移（U、V）、竖向位移（W）、转角位移（Q）均为零的部位。
对比各模型计算结果可发现：
①当地下室刚度与一层相差不是很大时，室外回填土的约束对位移影响很大。
②当地下室刚度相对较大时，无论模型参数如何设定，即使将地下室按地上一层计算，其移位计算结果均相同，地下室顶均满足嵌固部位的要求。
③将地下室土层水平抗力系的比例系数设为0，与把地下室视为地上一层建模对比发现。位移结果一致，但地下室顶梁配筋后者比前者减小50%以上，一层梁配筋相同，可见程序对是否定义地下室在计算地下室顶梁受力时非常敏感，一层梁配筋无影响。
④比较模型2-5，地下室顶梁配筋随着地下室刚度增大而减小的。
在设计中，从计算模型与实际受力相符程度及经济、安全原则出发。地下室砼外墙应参与计算；当室内外高差不大时方法二是合理可行。当室内外高差较大或外墙临空时，如果地下室刚度与其上一层相差不大时，从实际受力角度出发方法五可行，但如果地下刚度较大从安全的角度出发方法五不可行，还应按方法一，同时为保证计算模型与实际受力相符，地下室构造仍应按《抗规》6.1.14条设计。
三、高烈度设防区设置地下室
震害调查表明：设置地下室可减小地震作用对上部结构的影响，震害明显减轻。同时设置地下室后，挖除了大量地下土，可降低地基的附加压力，减小一层的计算高度，另一方面由上节分析可知有利于控制一层位移，减小梁的截面。故在高烈度设防区多、高层建筑中应优先考虑设置地下室，并将嵌固部位设在地下室顶。
四、地下室设计中易忽略问题
第一，地下室外墙应以抗裂缝验算为主，配置竖向抗裂缝钢筋时应对SATWE计算结果进行手工或其它计算软件复核，而水平分布筋应以抗震验算为主故以SATWE计算结果为准，当上部主体为高层时，还要检查超筋超限信息，看外墙是否有施工缝超限。
第二，在地下室顶位于室外地面以下时，往往因柱距过大造成梁刚度超过柱的刚度，使柱对梁的约束作用减弱，形成铰节点，不利于抗震。
第三，将受力钢筋内置，地下室外墙坚向受力钢筋，以抗裂缝为主，不需象梁柱主筋要防止其外鼓，加之墙体厚度一般较小，将其外置后，有利于其更好发挥作用。
第四，地下室顶作为嵌固部位，计算地震作用后，地下室质量产生的地震作用被室外的回填土吸收。这样会造成结构整体地震作用的基底剪力减小，导致传递到基础的总地震剪力和倾覆力矩偏小。（详见《多层及高层结构CAD软件高级应用》），此问题目前程序还无法解决。这时，基础设计时应留有一定的富余。
五、小结
经济合理的地下室设计，对于高层及高烈度设防区的多层建筑都有非常重要的意义，它往往决定了整个建筑结构建模和计算的安全性、合理性。以上所述几点是做好地下室设计的基本保障。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2008）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）
[3]《SATWE使用说明》（2008年10月版）
[4]陈岱林、李云贵、魏文主编《多层及高层结构CAD软件高级应用》
[5]徐建主编《建筑结构设计常见及疑难问题解析》
[6]郭继武编著《建筑抗震设计》
[7]江见鲸、龚晓南、王元清、崔京浩编著《建筑工程事故分析与处理》
论文作者:王浩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/28
标签：地下室论文; 部位论文; 结构论文; 刚度论文; 位移论文; 模型论文; 烈度论文; 《建筑学研究前沿》2017年第20期论文;