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摘要：随着我国经济的快速发展，在城市中涌现出越来越多带地下室的高层建筑，由于其结构设计难度较大，一直是我们在进行建筑总体结构设计时面临的重要问题。本文首先简要介绍了几种地下室结构抗震类型，分析其重点难点,深入探讨了设置有地下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度问题，以期为广大同行提供一些借鉴和参考。
关键词：高层建筑、地下室结构设计、抗震设计
一、前言
高层建筑地下式结构抗震的好坏将会对建筑整体抗震性能有直接影响。想要加强高层建整体抗震性能，必须要确保地下室与地上部分的筑墙的一致性。而且地下室的埋深也有要求，地下室的埋深要大于地上部分的高度时，其层数可不予考虑，这时算高度时才可从上部地面开始算。为了提高抗震性能，顶板必须要求可作为上部结构的嵌固部位。如果地下室顶板为无梁楼盖和顶板内外板标高超过梁高变化引起错层这两种情况时，应进行一定的处理使其能够作为上部结构的嵌固部位。
二、地下室结构抗震类型选择
一般来讲，高层建筑地下室結构的抗震设计结构类型有框架结构、抗震墙结构、框架结构、框架——抗震墙结构以及有多层、空旷地下室的内筒外框或筒中筒结构五种结构。
1、框架结构
有地下室的框架结构，如果地下室纵横抗震墙较多，而且层刚度比上部结构层刚度的1.5倍要大，在抗震验算过程中，上部结构的嵌固部位可选择地下室结构的顶部，反之则要延伸加强范围至墓面。可分别计算上部结构与地下室结构，如图3所示。
圈1 框架结构
在±0处一、二级框架柱要对弯矩增大系数进行考虑，地下室内框架柱加强范圈的弯矩设计值至少为上部结构柱的弯矩设计值。
2、抗震墙结构
如果高层抗震墙结构的地下室深度较小，地下室结构的层刚度约等于上部结构层刚度。在抗震验算过程中，可取基础顶面为嵌固部位，从基面开始为加强部位(图1)。如果地下室有较大深度，地下室结构的层刚度大于上部结构层刚度的1.5倍、上部结构屈服超强而地下室结构依旧可以处于弹性的情况下，可取±0处为嵌固部位，如图2为加强部位。
圈2 抗震结构KL≈KU
圈3 抗震墙结构KL≥1.5KU
3、框架结构
有地下室的框架结构，如果地下室纵横抗震墙较多，而且其层刚度要比上部结构层刚度的1.5倍大时，在抗震验算过程中，可取地下室结构的顶部为上部结构的嵌固部位，反之延伸加强范围应至墓面。可分别上部结构和地下室结构，如图3。
圈3框架结构
在±0处一、二级框架柱要对弯矩增大系数加以考虑，地下室内框架柱加强范围的弯矩设计值至少为上部结构柱的弯矩设计值。
4、框架——抗震墙结构
类似于框架结构，如果地下室的层刚度要比上部结构层刚度的1.5倍大，可取地下室结构的顶部为上部结构的嵌固部位，反之需延伸抗震墙的加强范围至基础，如图4所示。
圈4框架抗震结构
5、有多层、空旷地下室的内筒外框或筒中筒结构
如果地下室的顶板具有较好整体性和平面内刚度，且地下室的外墙及筒体可以承受上部结构屈服超强通过地下室顶板传来的地震作用，进行抗震验算可取地下室顶面为上部结构的嵌固部位，如图5所示。
圈5 核心筒一框架(或筒中筒)结构
三、设置有地下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度
我国于2008年出版的《建筑抗震设计规范》中有相关规定：
（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。
以上我们要加以重视的是针对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，《抗震规范》提出的要求是≤15m,在底部大空间有较多层数、大底盘有较大高度的情况下,一般和其它控制条件产生矛盾 ,所以笔者建议取消以上≤15m的要求。此外，《抗震规范》并未对有关抗震墙高度的问题进行明确规定,但是抗震墙高度对底部加强区高度有重要影响,所以在工程中难以操作操作,例如建筑施工时在进行半截高度抗震墙设置时,抗震墙高度取值明显缺少合理性。出于对工程中面临的回填土对地下室结构的约束作用等因素的考虑,笔者认为应该由房屋高度代替抗震墙高度确定底部加强部位高度,如此便能概念明了,便于操作。
图6 抗震墙结构底部加强区高度
1、如果地下室无法作为上部结构的嵌固端而需嵌固在地下其它楼层,实际嵌固部位所在楼层以及以上的地下室楼层(相对应地面以上结构的部分)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。
2、如果地下室顶板作为上部结构嵌固端,地下一层的抗震等级应等同于上部结构,地下一层以下可逐渐降低一级抗震等级；就重点设防类(乙类)建筑而言,六度时最低为四级,七度时最低为三级,八度时最低为二级,九度必须要专门研究。无上部结构部分的地下室,可针对实际情况选择三级或四级；就标准设防类(丙类)建筑而言,六、七度时最低为四级,八度最低为三级,九度时最低为二级；九度以外,范围较大的上部结构以外地下室结构可采用三～四级。
3、如果地下室为大底盘其上有不止一个独立塔楼,当嵌固部位在地下室顶板时,地下一层高层部分和受高层部分影响的部分其抗震等级要等于高层部分底部结构抗震等级。按照上述(1)方法确定地下一层其余部分以及地下二层以下各层抗震等级。在规范没有确定地下一层受高层部分影响范围前,应根据工程实际情况采用一倍主楼对应尺寸和基础埋深较大值进行设计。下图7为具体抗震等级的确定。
图7 高层建筑地下室抗震等级示意
四、结语
综上所述，随着科技的飞速发展，现代高层建筑的地下工程也越来越庞大，部分地下工程投资甚至已经超过了地上工程投资，所以不管从技术层面还是从经济层面讲我们都需要对地下室结构设计进行更深层次的研究，不断提升设计水平，以达到技术与经济同步、安全与适用协调。地下建筑设计过程较为复杂，作为设计者设计过程除了要确保经济合理安全可靠外，还要达到地下室结构的要求，要多方面进行考虑，确保地下室正常使用。
参考文献：
陈璋：《高层建筑地下室结构设计常见问题分析》，《中国高新技术企业》， 2009年12期
杨照夫：《金马同盛大厦地下室结构设计分析》，《科技创新导报》， 2009年24期
陈远森：《浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题》，《黑龙江科技信息》， 2008年29期
都军花 梁丽芳：《建筑工程中地下室结构设计探讨》，《中国高新技术企业》， 2009年09期
黄勇：《高层地下室结构设计及抗震》，《城市建设理论研究》， 2011年08期
关键词：高层建筑、地下室结构设计、抗震设计
一、前言
高层建筑地下式结构抗震的好坏将会对建筑整体抗震性能有直接影响。想要加强高层建整体抗震性能，必须要确保地下室与地上部分的筑墙的一致性。而且地下室的埋深也有要求，地下室的埋深要大于地上部分的高度时，其层数可不予考虑，这时算高度时才可从上部地面开始算。为了提高抗震性能，顶板必须要求可作为上部结构的嵌固部位。如果地下室顶板为无梁楼盖和顶板内外板标高超过梁高变化引起错层这两种情况时，应进行一定的处理使其能够作为上部结构的嵌固部位。
二、地下室结构抗震类型选择
一般来讲，高层建筑地下室結构的抗震设计结构类型有框架结构、抗震墙结构、框架结构、框架——抗震墙结构以及有多层、空旷地下室的内筒外框或筒中筒结构五种结构。
1、框架结构
有地下室的框架结构，如果地下室纵横抗震墙较多，而且层刚度比上部结构层刚度的1.5倍要大，在抗震验算过程中，上部结构的嵌固部位可选择地下室结构的顶部，反之则要延伸加强范围至墓面。可分别计算上部结构与地下室结构，如图3所示。
圈1 框架结构
在±0处一、二级框架柱要对弯矩增大系数进行考虑，地下室内框架柱加强范圈的弯矩设计值至少为上部结构柱的弯矩设计值。
2、抗震墙结构
如果高层抗震墙结构的地下室深度较小，地下室结构的层刚度约等于上部结构层刚度。在抗震验算过程中，可取基础顶面为嵌固部位，从基面开始为加强部位(图1)。如果地下室有较大深度，地下室结构的层刚度大于上部结构层刚度的1.5倍、上部结构屈服超强而地下室结构依旧可以处于弹性的情况下，可取±0处为嵌固部位，如图2为加强部位。
圈2 抗震结构KL≈KU
圈3 抗震墙结构KL≥1.5KU
3、框架结构
有地下室的框架结构，如果地下室纵横抗震墙较多，而且其层刚度要比上部结构层刚度的1.5倍大时，在抗震验算过程中，可取地下室结构的顶部为上部结构的嵌固部位，反之延伸加强范围应至墓面。可分别上部结构和地下室结构，如图3。
圈3框架结构
在±0处一、二级框架柱要对弯矩增大系数加以考虑，地下室内框架柱加强范围的弯矩设计值至少为上部结构柱的弯矩设计值。
4、框架——抗震墙结构
类似于框架结构，如果地下室的层刚度要比上部结构层刚度的1.5倍大，可取地下室结构的顶部为上部结构的嵌固部位，反之需延伸抗震墙的加强范围至基础，如图4所示。
圈4框架抗震结构
5、有多层、空旷地下室的内筒外框或筒中筒结构
如果地下室的顶板具有较好整体性和平面内刚度，且地下室的外墙及筒体可以承受上部结构屈服超强通过地下室顶板传来的地震作用，进行抗震验算可取地下室顶面为上部结构的嵌固部位，如图5所示。
圈5 核心筒一框架(或筒中筒)结构
三、设置有地下室高层建筑抗震墙底部加强部位高度
我国于2008年出版的《建筑抗震设计规范》中有相关规定：
（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。
以上我们要加以重视的是针对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，《抗震规范》提出的要求是≤15m,在底部大空间有较多层数、大底盘有较大高度的情况下,一般和其它控制条件产生矛盾 ,所以笔者建议取消以上≤15m的要求。此外，《抗震规范》并未对有关抗震墙高度的问题进行明确规定,但是抗震墙高度对底部加强区高度有重要影响,所以在工程中难以操作操作,例如建筑施工时在进行半截高度抗震墙设置时,抗震墙高度取值明显缺少合理性。出于对工程中面临的回填土对地下室结构的约束作用等因素的考虑,笔者认为应该由房屋高度代替抗震墙高度确定底部加强部位高度,如此便能概念明了,便于操作。
图6 抗震墙结构底部加强区高度
1、如果地下室无法作为上部结构的嵌固端而需嵌固在地下其它楼层,实际嵌固部位所在楼层以及以上的地下室楼层(相对应地面以上结构的部分)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。
2、如果地下室顶板作为上部结构嵌固端,地下一层的抗震等级应等同于上部结构,地下一层以下可逐渐降低一级抗震等级；就重点设防类(乙类)建筑而言,六度时最低为四级,七度时最低为三级,八度时最低为二级,九度必须要专门研究。无上部结构部分的地下室,可针对实际情况选择三级或四级；就标准设防类(丙类)建筑而言,六、七度时最低为四级,八度最低为三级,九度时最低为二级；九度以外,范围较大的上部结构以外地下室结构可采用三～四级。
3、如果地下室为大底盘其上有不止一个独立塔楼,当嵌固部位在地下室顶板时,地下一层高层部分和受高层部分影响的部分其抗震等级要等于高层部分底部结构抗震等级。按照上述(1)方法确定地下一层其余部分以及地下二层以下各层抗震等级。在规范没有确定地下一层受高层部分影响范围前,应根据工程实际情况采用一倍主楼对应尺寸和基础埋深较大值进行设计。下图7为具体抗震等级的确定。
图7 高层建筑地下室抗震等级示意
四、结语
综上所述，随着科技的飞速发展，现代高层建筑的地下工程也越来越庞大，部分地下工程投资甚至已经超过了地上工程投资，所以不管从技术层面还是从经济层面讲我们都需要对地下室结构设计进行更深层次的研究，不断提升设计水平，以达到技术与经济同步、安全与适用协调。地下建筑设计过程较为复杂，作为设计者设计过程除了要确保经济合理安全可靠外，还要达到地下室结构的要求，要多方面进行考虑，确保地下室正常使用。
参考文献：
陈璋：《高层建筑地下室结构设计常见问题分析》，《中国高新技术企业》， 2009年12期
杨照夫：《金马同盛大厦地下室结构设计分析》，《科技创新导报》， 2009年24期
陈远森：《浅议高层建筑地下室结构设计中应注意的几个问题》，《黑龙江科技信息》， 2008年29期
都军花 梁丽芳：《建筑工程中地下室结构设计探讨》，《中国高新技术企业》， 2009年09期
黄勇：《高层地下室结构设计及抗震》，《城市建设理论研究》， 2011年08期