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【摘 要】对于非周边约束的高层建筑结构，地下室部分是否作为地上一层进行计算关系结构计算高度和剪力墙底部加强部位的确定；地下室顶板是否作为上部结构的嵌固端，关系着结构的计算假定和相应构造措施的选取。因此，我们要加大对于带非周边约束地下室的高层结构嵌固端选择的研究。文章主要对此进行了简答的分析。
【关键词】非周边约束;地下室;高层建筑;嵌固端
随着我国国民经济的发展，建筑业一枝独秀，发展迅速，特别是高层建筑的发展更是日新月异。高层建筑往往带有地下室，有些甚至带几层地下室。一方面地下室可以作为地下停车库、设备用房等来使用，方便住户，节省用地，另一方面地下室可以增加基础埋深，对于增加结构整体稳定性和提高抗倾覆性能有着极大的作用。在重庆、四川等山地丘陵地区，存在着大量的山地类建筑，其中带半地下室、非周边约束地下室的高层建筑也非常之多。在此类结构中，地下室是否作为上部结构的一层计算以及地下室顶板是否可以作为上部结构的嵌固端，我国现行规范对此均未做相应的规定。下面以具体的工程做简要的分析。
1.结合具体工程对高层建筑非周边约束地下室嵌固端分析
该工程结构为框架-剪力墙结构，地上一层结构为商业空间，层高为6.0m，2~18层为住宅，层高为2.8m。结构抗震设防烈度为6度。该高层建筑地下室结构超长，且各部分结构刚度和体形不规则。地下室除左侧无土以外，其余3侧均有土的约束，属于非周边约束地下室。对于特殊非周边约束地下室可以作为结构地下室进行计算分析。但是由于非周边约束地下室受力原理复杂，结构型式和约束条件各异，对于此类高层建筑结构嵌固端的选择有一定的难度。我国现行规范所指的高层结构地下室嵌固是指强度嵌固而非力学嵌固。力学嵌固是指完全刚性的固定，嵌固点以下刚度无穷大，嵌固点无平动、转动，实现了完全的约束，即所谓的固结。强度嵌固是指地下室结构以及室外回填土的刚度达到限制结构水平移动的能力，且柱的塑性铰出现在地上一层的下端，而不是出现在梁柱节点两侧的梁上，即强梁弱柱。“抗震规范”指出：带地下室的多层及高层建筑，当地下室的刚度和受剪承载力比上部楼层相对较大时，地下室顶板可视为嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层。下面主要通过非周边约束地下室风荷载及地震作用分析，以判断非周边约束地下室顶板是否可以作为上部结构的嵌固端，以及应满足的条件。
1.1 非周边约束地下室风荷载作用分析
在高层建筑结构分析中，风荷载往往起控制作用。对于前文所述的带非周边约束地下室的高层建筑，由于临空面地下室受风荷载作用，即风荷载起算点应为此面外的室外地坪处，且对于山区的建筑物，应对风压高度系数进行修正。但是由于其对应面处于室外地坪以下，且受到土的良好约束，如地下室结构无较大错层且地下室各层楼板满足构造要求，则地下室临空面所受风荷载能通过地下室梁板传至土体之中，地下室结构楼层层剪力不大于相邻上部楼层。当地下室楼层与相邻上部结构楼层侧向刚度比满足要求，且地下室顶板等满足构造要求时，地上一层墙、柱下端能形成有效的塑性铰。
1.2 非周边约束地下室地震作用分析
对于一般高层建筑而言，上部结构支承在地下室上，地下室镶嵌在地盘中。地下室在地震时随着地基一起振动，横波来了随横波动，纵波来了随纵波动，所以取得了地盘运动的特性。即加速度、周期等基本上与地盘相同，若基础(地下室)设计的合理，地基处理(包括地下室周围的回填土)措施得当。保证地震动时，地下室不产生滑移和倾覆，可以认为地下室与地盘间不产生相对运动，所以地震反应甚小。震害调查发现，地表附近震害较严重，地下室较轻。
在上述工程中，由于周围土体的作用以及地下室本身刚度的影响，可以满足塑性铰首先出现在地上一层墙、柱下端的条件。所以，此类地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端，但是应满足相应的嵌固条件：地下室结构与相邻上部结构的侧向刚度比满足要求，全部地下室宜有与地下室顶板相连的封闭外墙。地下室应至少在结构两个主方向的一侧有土的良好约束，对于另一侧无土约束的方向，可以适当增加该方向地下室结构的侧向刚度。地下室顶板及墙、柱等构造措施满足要求。
2.高层建筑带非周边约束地下室相关问题分析
2.1 房屋计算高度
对于带非周边约束的地下室的高层建筑，地下室部分是否作为地上一层进行计算关系结构计算高度和剪力墙底部加强部位的确定；地下室顶板是否作为上部结构的嵌固端，关系着结构的计算假定和相应构造措施的选取。我国现行规范未对非周边约束地下室以及室外地坪面为坡面的的房屋高度进行相应的定义。房屋计算高度主要用于判断高层建筑类型，盖型式和抗震等级等。对于此类地下室周围非周边约束结构，房屋计算高度应从应该综合考虑结构嵌固端，室外地坪标高等因素。
2.2 剪力墙底部加强部位
剪力墙底部加强部位是指在剪力墙底部的一定高度内，适当提高承载力和加强抗震构造措施。弯曲型的剪力墙，塑性铰一般出现在墙肢底部，将塑性铰及其以上的一定高度范围作为加强部位，在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等加强措施，避免墙肢剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。“抗震规范”规定：抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10；部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度应符合本规程第10.2.4条的规定。地下一层一般可按加强部位设计，其边缘构件设计可与地上一层相同。若地下室多于一层，地下2层以下一般可以按构造边缘构件要求设计。当地下室一层顶板不能作为上部结构的嵌固端时，通常地下一层底板处可基本满足。此时剪力墙底部加强部位的高度应从该处向上算，取墙肢总高度的1/8及地下一层加首层高度的较大值，且不大于15m。
2.3 地下室外墙的设计
对于地下室非周边约束情况，部分地下室外墙同时承受平面内及平面外荷载，即地下室外墙作为挡土墙和抗震剪力墙参与结构受力。且此类地下室外墙总高度与总宽度之比小于2，受水平地震作用下的破坏性态为剪切破坏，称之为“矮墙效应”。针对以上情况，由于地下室外墙不能开设洞口，同时为了避免地下室外墙的“矮墙效应”，建议通过在外墙上开竖缝予以解决，同时应做好地下室外墙的防水处理措施。
对于非周边约束地下室结构，地下室外墙下宜设置条形基础，则挡土墙所受平面外静止土压力沿竖向直接导入条基。而主体结构承受竖向荷载及地震作用，计算时可以不要考虑土压力。
【参考文献】
［１］徐建华.高层建筑结构嵌固端的选取[J].山西建筑,2007,36．
［２］郎和斌,杨星.高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题[J].辽宁建材, 2009,3．
［３］徐志山,张慧强.浅析高层建筑结构嵌固端位置的选取[J].才智,2009,8．
［４］张涛.高层建筑地下室顶板作为嵌固端的设计分析[J].深圳土木与建筑,2008,2．
【关键词】非周边约束;地下室;高层建筑;嵌固端
随着我国国民经济的发展，建筑业一枝独秀，发展迅速，特别是高层建筑的发展更是日新月异。高层建筑往往带有地下室，有些甚至带几层地下室。一方面地下室可以作为地下停车库、设备用房等来使用，方便住户，节省用地，另一方面地下室可以增加基础埋深，对于增加结构整体稳定性和提高抗倾覆性能有着极大的作用。在重庆、四川等山地丘陵地区，存在着大量的山地类建筑，其中带半地下室、非周边约束地下室的高层建筑也非常之多。在此类结构中，地下室是否作为上部结构的一层计算以及地下室顶板是否可以作为上部结构的嵌固端，我国现行规范对此均未做相应的规定。下面以具体的工程做简要的分析。
1.结合具体工程对高层建筑非周边约束地下室嵌固端分析
该工程结构为框架-剪力墙结构，地上一层结构为商业空间，层高为6.0m，2~18层为住宅，层高为2.8m。结构抗震设防烈度为6度。该高层建筑地下室结构超长，且各部分结构刚度和体形不规则。地下室除左侧无土以外，其余3侧均有土的约束，属于非周边约束地下室。对于特殊非周边约束地下室可以作为结构地下室进行计算分析。但是由于非周边约束地下室受力原理复杂，结构型式和约束条件各异，对于此类高层建筑结构嵌固端的选择有一定的难度。我国现行规范所指的高层结构地下室嵌固是指强度嵌固而非力学嵌固。力学嵌固是指完全刚性的固定，嵌固点以下刚度无穷大，嵌固点无平动、转动，实现了完全的约束，即所谓的固结。强度嵌固是指地下室结构以及室外回填土的刚度达到限制结构水平移动的能力，且柱的塑性铰出现在地上一层的下端，而不是出现在梁柱节点两侧的梁上，即强梁弱柱。“抗震规范”指出：带地下室的多层及高层建筑，当地下室的刚度和受剪承载力比上部楼层相对较大时，地下室顶板可视为嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层。下面主要通过非周边约束地下室风荷载及地震作用分析，以判断非周边约束地下室顶板是否可以作为上部结构的嵌固端，以及应满足的条件。
1.1 非周边约束地下室风荷载作用分析
在高层建筑结构分析中，风荷载往往起控制作用。对于前文所述的带非周边约束地下室的高层建筑，由于临空面地下室受风荷载作用，即风荷载起算点应为此面外的室外地坪处，且对于山区的建筑物，应对风压高度系数进行修正。但是由于其对应面处于室外地坪以下，且受到土的良好约束，如地下室结构无较大错层且地下室各层楼板满足构造要求，则地下室临空面所受风荷载能通过地下室梁板传至土体之中，地下室结构楼层层剪力不大于相邻上部楼层。当地下室楼层与相邻上部结构楼层侧向刚度比满足要求，且地下室顶板等满足构造要求时，地上一层墙、柱下端能形成有效的塑性铰。
1.2 非周边约束地下室地震作用分析
对于一般高层建筑而言，上部结构支承在地下室上，地下室镶嵌在地盘中。地下室在地震时随着地基一起振动，横波来了随横波动，纵波来了随纵波动，所以取得了地盘运动的特性。即加速度、周期等基本上与地盘相同，若基础(地下室)设计的合理，地基处理(包括地下室周围的回填土)措施得当。保证地震动时，地下室不产生滑移和倾覆，可以认为地下室与地盘间不产生相对运动，所以地震反应甚小。震害调查发现，地表附近震害较严重，地下室较轻。
在上述工程中，由于周围土体的作用以及地下室本身刚度的影响，可以满足塑性铰首先出现在地上一层墙、柱下端的条件。所以，此类地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端，但是应满足相应的嵌固条件：地下室结构与相邻上部结构的侧向刚度比满足要求，全部地下室宜有与地下室顶板相连的封闭外墙。地下室应至少在结构两个主方向的一侧有土的良好约束，对于另一侧无土约束的方向，可以适当增加该方向地下室结构的侧向刚度。地下室顶板及墙、柱等构造措施满足要求。
2.高层建筑带非周边约束地下室相关问题分析
2.1 房屋计算高度
对于带非周边约束的地下室的高层建筑，地下室部分是否作为地上一层进行计算关系结构计算高度和剪力墙底部加强部位的确定；地下室顶板是否作为上部结构的嵌固端，关系着结构的计算假定和相应构造措施的选取。我国现行规范未对非周边约束地下室以及室外地坪面为坡面的的房屋高度进行相应的定义。房屋计算高度主要用于判断高层建筑类型，盖型式和抗震等级等。对于此类地下室周围非周边约束结构，房屋计算高度应从应该综合考虑结构嵌固端，室外地坪标高等因素。
2.2 剪力墙底部加强部位
剪力墙底部加强部位是指在剪力墙底部的一定高度内，适当提高承载力和加强抗震构造措施。弯曲型的剪力墙，塑性铰一般出现在墙肢底部，将塑性铰及其以上的一定高度范围作为加强部位，在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等加强措施，避免墙肢剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。“抗震规范”规定：抗震设计时，一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/8和底部两层二者的较大值，当剪力墙高度超过150m时，其底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10；部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度应符合本规程第10.2.4条的规定。地下一层一般可按加强部位设计，其边缘构件设计可与地上一层相同。若地下室多于一层，地下2层以下一般可以按构造边缘构件要求设计。当地下室一层顶板不能作为上部结构的嵌固端时，通常地下一层底板处可基本满足。此时剪力墙底部加强部位的高度应从该处向上算，取墙肢总高度的1/8及地下一层加首层高度的较大值，且不大于15m。
2.3 地下室外墙的设计
对于地下室非周边约束情况，部分地下室外墙同时承受平面内及平面外荷载，即地下室外墙作为挡土墙和抗震剪力墙参与结构受力。且此类地下室外墙总高度与总宽度之比小于2，受水平地震作用下的破坏性态为剪切破坏，称之为“矮墙效应”。针对以上情况，由于地下室外墙不能开设洞口，同时为了避免地下室外墙的“矮墙效应”，建议通过在外墙上开竖缝予以解决，同时应做好地下室外墙的防水处理措施。
对于非周边约束地下室结构，地下室外墙下宜设置条形基础，则挡土墙所受平面外静止土压力沿竖向直接导入条基。而主体结构承受竖向荷载及地震作用，计算时可以不要考虑土压力。
【参考文献】
［１］徐建华.高层建筑结构嵌固端的选取[J].山西建筑,2007,36．
［２］郎和斌,杨星.高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题[J].辽宁建材, 2009,3．
［３］徐志山,张慧强.浅析高层建筑结构嵌固端位置的选取[J].才智,2009,8．
［４］张涛.高层建筑地下室顶板作为嵌固端的设计分析[J].深圳土木与建筑,2008,2．