【摘 要】高层建筑就是为了更好的利用使用的面积空间，而且地下室的设计可以保证停车库的建设，更好的节省了使用面积，但是这样的工程有很多需要注意的地方，做好地下室的受力状况分析，更好的发挥嵌固作用才是很多这方面的技术人员需要解决的问题。高层建筑地下室嵌固作用的确定对结构设计有很大的影响，正确选取结构嵌固端并对其在结构和构造方面采取合理的措施，是结构设计中的一个重要环节。本文主要对高层建筑结构设计中地下室嵌固作用进行思考分析，以期对相关人员有一定的参考意义。
【关键词】高层建筑、结构设计、地下室嵌固作用、思考
1、前言
高层建筑往往是一个由上部结构和地下室组成的完整承载力体系，具有共同的位移场，相互协调变形。高层建筑作为节省空间和地理区域的一种建筑越来越多的受到关注，而在工程建设中高层建筑上部分承载的负荷都比较大，地基埋置的深度也很深，这样地下室嵌固的效果就会直接的影响建筑后期的使用和成本造价的控制，所以地下室嵌固问题是值得研究和分析的，做好这方面的了解和分析才可以完善地下室嵌固技术，从而确保建筑的质量。
2、对上部结构嵌固作用的主要分析方法
在结构设计中，带地下室的高层建筑计算模型主要有以下三个核心问题：一是如何合理考虑地下室的刚度；二是如何正确反映回填土对地下室的约束；三是如何考虑基础的作用。目前在上部结构的设计中不直接考虑基础的影响，一般是假定在基础面上约束，或者在施工模拟荷载时近似考虑。为了合理考虑地下室的刚度，一般都是把地下室和上部结构一起建模。对于回填土对地下室的约束的分析方法，近几年理论研究比较多，已取得一定的研究成果，主要有嵌固水平位移法和弹簧刚度法。
2.1嵌固水平位移法
要把上部的结构和地下室的结构看成一个完整的体系来分析，嵌固的位置要在基础的底板的地方，还要根据具体的结构和临近的楼层不同侧向的刚度的比较，更好的做好位置的选择，以便限定水平的位移为零。楼层侧向刚度的计算方法有三种，分别是剪切刚度、剪弯刚度和楼层剪力与层间位移的比值。三种方法含义不同，计算结果差别也较大。当进行方案设计时，地下室侧向刚度比可用剪切刚度比估计。施工图设计时，取楼层剪力与层间位移的比值计算。
侧向刚度的计算主要有三种方法：
2.1.1地震剪力与地震层间位移比。
是一种与外力有关的计算方法。规范中规定的，不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩，产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层刚体转动位移。
2.1.2剪弯刚度
本质上就是单位力作用下的层间位移角，所以其刚度比也就是层间位移角之比。它虽然能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没并有考虑上下层对本层的约束。
2.1.3剪切刚度
其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高相关。剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。
2.2弹簧刚度法
弹簧刚度法的计算模型是将上部结构与地下室作为一个整体考虑，嵌固端选取在基础底板处，并在每层地下室的楼板处引入水平弹簧刚度，其值的大小反映回填土对地下室约束作用的强弱。设计人员运用该种方法时需要确定水平弹簧刚度的具体取值，这是十分困难的，很难确定回填土对地下室约束作用的具体大小。在SATWE软件中，没有直接要求用户输入水平弹簧刚度的真实数值，而是间接地要求输入回填土对地下室约束作用的相对（弹簧）刚度比，其含义是回填土的约束刚度与地下室本身抗侧移刚度的比值。
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3、结构软件对地下室结构的处理方法
做上部的结构的具体计算的时候，要先确定嵌固的位置，因为位置影响着基础的弯矩，这对整个结构的设计和基础的分析设计都是很重要的，而且和建筑的安全和质量息息相关，嵌固位置的准确关系着计算模型和最终的受力情况的符合规则。
嵌固部位结构的整体刚度和承载力是塑性铰出现的必要条件。地下室嵌固部位应能承受上部结构屈服超强引起的内力及地下室本身的地震作用。因此，《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》都规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。地下室不能满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，可以增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位，如基础顶面等。当地下室不少于两层时，地下室顶部可作为上部结构的嵌固部位。
在实际工程设计中，经常运用SATWE有限元软件进行结构计算，主要可采用以下三种方法考虑嵌固端的选取问题：
3.1以地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为0这样的方式没有对地下土体对整个地下室侧面的嵌固作用的影响进行考虑，从而增加了计算的高度，使得模型和实际的状况有不同，一般都不适用。
3.2取地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为2-4，一般取3这样的方式适当的考虑了地下室的土压力，但是影响土堆地下室约束作用的因素十分的多，很难准确的知道作用的大小，这样的方式虽不够准确，但是还是比第一种好些，当前使用的也相对多一些。
3.3地下室嵌固端设在地下室的顶板处，要把地下室的结构和上部的结构独立的计算，或者整体计算，但是相对刚度比取5或者更大，这样的方式地下室的水平的位移和竖向的位移都被完整的嵌固，这样结构的刚度加大，和实际的状况不一样。
4、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求
嵌固端的选取固然很重要，但是在选定嵌固端后，如何保证其成为真正的嵌固端也是设计人员所关心的重要问题。《抗规》6.1.14条规定了地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时的有关要求。主要包括：楼板厚度不宜小于180mm；混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25％；顶板不宜开大洞。
地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。规范这样规定主要是考虑柱在地上一层的下端出现塑性铰而不是梁柱节点两侧的梁出现塑性铰。通常采用提高地下室顶板梁受弯承载力且增大地下室柱顶的受弯承载力的方法来考虑柱底的嵌固。地下室侧向刚度与上部楼层结构侧向刚度比对地下室嵌固作用的大小有很大的影响。通过建立规则框架模型，改变地下室结构的侧向刚度，分析结构的动力、内力和变形特性。当侧向刚度比小于2时，考虑地下室回填土作用与不考虑地下室回填土的约束作用误差比较明显，当侧向刚度比大于2时，两种建模方式计算结果相对误差较小。随着地下室顶板厚度的增大，嵌固端选取在底部还是顶部两种模型内力误差值减小，然而由于两种模型质量和刚度上的差异，若要做到完全无误差，顶板需要达到面内面外完全无限刚度，在实际中是不可能的，所以规范建议板厚取180mm以上，且需要注意柱内力的调整：同时规定顶板的开动率也是为了保证顶板具有一定的刚度。
5、结语
总而言之，高层建筑上部分的负荷大，基础设埋的深，所以地下室的嵌固作用就是很重要的，直接关系着建筑的质量和安全问题，所以做好地下室的嵌固结构很重要，正因为其内部的复杂和依旧存在的问题，所以结构的设置更是值得人们研究和分析，只有更好的设计准确的把握嵌固结构模型的计算和分析，才能更好的采取适当的措施，保证了建筑的质量经济和最终的安全。
参考文献
[1] 李云贵．上部结构与地下室共同工作分析及地下室设计在SATWE中的实现[J]．建筑结构学报，2005，26：115-118．
[2] 陈希昌．高层建筑上部结构与基础及地基共同作用问题研究[R]．重庆建筑大学，2005．
论文作者:张国平
论文发表刊物:《低碳地产》2016年9月第18期
论文发表时间:2016/11/18
标签：地下室论文; 刚度论文; 结构论文; 位移论文; 顶板论文; 作用论文; 楼层论文; 《低碳地产》2016年9月第18期论文;