程少彬* 李秋榕瑞利衰落
【摘 要】摘 要 通过工程实例对地下室顶板主楼内外高差过大或开设大洞口两种情况进行分析和讨论，在其他条件都满足的前提下，确定上述两类地下室顶板作为上部结构嵌固端在受力和构造上的要求，以保证地下室顶板能够有效、可靠传递上部结构在水平地震作用下的基底剪力。 hdpe排水沟
【期刊名称】结构工程师
网络收集【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】7
【关键词】关键词 地下室顶板，主楼内外高差过大，大洞口，嵌固端
1 引言
高层建筑为满足功能需要设置地下室，有助于提高结构整体性、地基承载力或结构抗倾覆能力。对于带有地下室的建筑结构，从计算或构造上一般以地下室顶板作为上部结构的嵌固端，根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)[1](下文简称现行抗震规范)第6.1.14条，地下室顶板作为上部结构嵌固端应符合下列几点要求:
(1)地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，避免开设大洞口，上部结构相关范围内的顶板应采用现浇梁板结构，并要求结构板有一定的厚度和配筋率，以有效传递地震基底剪力;
(2)结构地上一层的侧向刚度不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍，地下室周边宜有与顶板相连的抗震墙;
(3)地下室顶板对应地上框架柱的梁柱节点除抗震受力要求外，应满足“首层柱底先屈服”;
其中第(2)点由于地下室周边壁板、人防墙、主楼以外地下室柱等抗侧力构件的存在或地上一层层高高于地下一层等原因，一般情况下比较容易满足，第(3)、(4)点中地下室顶板梁、柱节点的承载力平衡、构件配筋的要求可通过构件设计满足，第(1)点中地下室顶板厚度和
配筋率的要求也容易做到。唯独第(1)点中地下室顶板避免开设大洞口往往由于地下室顶板主楼内外高差过大或因园林景观要求在地下室顶板开设大洞口而难以满足，这时能否将地下室顶板作为上部结构嵌固端应通过一定的分析进行确认。下文通过工程实例对上述两类地下室顶板作为嵌固端的条件和要求进行分析讨论。
2 地下室顶板主楼内外高差过大情况
一般情况下，住宅建筑主楼以外地下室顶板有较高覆土时会出现如图1所示，主楼内外高差两侧梁底、梁面脱开的情况，参照现行抗震规范第3.4.3条的说明“对于较大错层，如超过梁高的错层，需按楼板开洞对待”[1]。图1中主楼内外高差过大的情况如属于楼板开洞或错层，则不能满足地下室顶板作为上部结构嵌固端的要求，但将地下一层楼盖或基础面作为嵌固端会涉及下面两个问题:
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u交(1)地下一层作为上部结构嵌固端时，除满足受力要求外，主楼相关范围楼盖应满足嵌固端的构造要求，相关范围一般指“地上结构周边外延不大于20 m”[1]的范围，因此整个地下一层中的大部分都要满足现行抗震规范中关于嵌固端的受力和构造要求，这将会增加工程造价。
(2)当以地下一层或基础面作为上部结构嵌固端时，计算模型为大底盘的多塔结构，应满足相关规范关于多塔结构的规定。这不仅会增加计算的工作量，当地下室以上单体数量众多时，使用一般结构计算软件整体建模分析会有一定的难度，而划分区域拆分计算则由于边界条件难以准确模拟，反而容易引起偏差;同时，地下室顶板需要按大底盘屋面的要求进行受力分析和采取构造措施，也会相应增加工程造价。
对于上部结构出现的错层结构，可通过在高差位置梁侧加腋，并加强边梁、相邻楼板以改善传力途径后，可不按错层考虑[2]。地下室顶板主楼内外高差位置是上部结构基底剪力向下传递的关键部位，除构造上加强外，还要保证构件的承载力要求，以满足地下室顶板作为上部结构嵌固端的条件。一般情况下，高差部位的剪力墙在面内传递基底剪力应该是没有问题的，但同样位置的框架柱由于主楼内外楼盖错开形成短柱，是否会出现因构件刚度突变导致截面抗剪承载力不能满足设计要求的情况，是高差部位相关构件能否有效、可靠传递基底剪力的关键。现通过一实际工程，采用SATWE、ETABS软件对模型进行弹性分析，以查明主楼内外高差部位构件内力传递的情况。ETABS模型中，梁、柱采用杆单元，剪力墙采用壳单元，楼板采用膜单元。
2.1 工程概况
工程1层地下室，平面尺寸134.1 m×239.0 m，地面以上由16幢16～28层框剪结构或剪力墙结构单体组成，抗震设防烈度8度(0.20 g)、场地类别Ⅲ类。其中，第10幢28层，上部结构标准层和地下室顶板平面见图2，下部楼层的层次关系见图3，标准层主梁一般250 mm×600 mm、次梁一般200 mm×500 mm;地下室顶板主楼以外主梁一般300 mm×900 mm、次梁一般250 mm×700 mm，主楼以内主梁一般300 mm×700 mm、次梁一般200 mm×600 mm;地下室顶板主楼内外高差1.1 m。
实际工程单体分析时，对于地下室顶板主楼内外高差部位多是采用图3(a)中将高差加在首层，对整体结构偏安全的模型(SATWE-A、ETABSA模型);为得到主楼周边高差部位短柱的内力，同时对比地下一层和首层高差部位框架柱的内力变化，现采用图3(b)中将主楼以内地下室顶板作为一个独立计算层的模型(ETABS-B、ETABS-C模型)进行分析对比，ETABS-B和ETABS-C模型的区别是，ETABS-B模型采用壳单元模拟地下室顶板主楼内外高差部位边梁，而ETABS-C模型在高差部位采用上、下两根独立的梁。
2.2 计算结果的分析及讨论
表1为4个模型常遇地震作用下主要计算结果，SATWE-A和ETABS-A模型整体指标接近，
约束椅计算结果的差异应该是SATWE、ETABS软件对模型细部处理有所不同造成的。ETABS-A、ETABSB、ETABS-C三个模型总体指标基本上一样，经查对构件内力，除了高差部位外，其余楼层对应构件的内力差别都非常小。采用ETABS-A模型简化顶板主楼内外高差和采用ETABS-B模型准确模拟该高差的做法，整体计算结果相当接近，可以认为ETABS-A模型(或SATWE-A模型)分析精度基本上能够满足整体设计的要求;同时，ETABSC、ETABS-B模型计算结果相差不大，说明计算模型局部的简化处理，不会影响整体计算结果。
提取Y向水平地震作用下ETABS-A、ETABSB、ETABS-C模型高差部位边柱1(图2(a))典型楼层的构件内力列于表2进行对比，对应构件内力接近，ETABS-B模型1－1#、11#构件(下标表示边柱1对应的楼层)内力分别为ETABS-A模型的0.82 ～1.10、0.89 ～1.10 倍，两个模型对应构件弯矩、剪力的差别比轴力稍大，这主要是模型局部构件线刚度、反弯点不同引起构件弯矩、剪力的变化。ETABS-A、ETABS-B模型 1－1#、11#构件内力接近，可以认为高差对构件内力的改变不大，ETABS-B模型11#构件在Y向水平地震作用下的柱底剪力能够通过高差部位相关构件向下传递。
根据表2中 ETABS-C模型1－1＇#构件内力，如果不考虑高差部位边梁的分担作用，就会
出现剪跨比小于2的受力状态，刚度突变导致应力集中，难以满足强剪弱弯的承载力要求，在水平地震作用下可能发生脆性的剪切破坏。1－1＇#构件能否有效、可靠传递水平地震作用下上部构件的柱底剪力，是保证地下室顶板作为上部结构嵌固端的关键。考虑到当构件抗剪承载力明显高于构件内力要求时，强剪弱弯的要求可适当放松[1]，现参照现行抗震规范附录M性能2要求对构件截面抗剪承载力进行校核。校核时简化计算，忽略结构弹塑性和阻尼比的变化，采用设防地震作用下结构的弹性内力，不计入风荷载效应的地震作用效应基本组合，考虑承载力抗震调整系数，按下面公式进行验算:
ETABS-C 模型高差部位1－1＇# 构件按式(1)等号左侧计算，考虑Y向设防地震作用效应基本组合内力 V=893.8 kN、M=1 655.8 kN·m、N=657.0 kN(压力)。柱子截面尺寸b×h=800 mm×750 mm，配箍5肢 φ12/φ10@100(HRB235级钢筋，外筋φ12)，根据式(2)等号右侧计算考虑抗震调整系数后的截面抗剪承载力设计值为1 551.0 kN，大于按式(1)等号左侧计算的截面剪力，同时小于截面抗剪限制条件 kN，满足地下室顶板主楼内外高差部位短柱设防地震作用下抗剪弹性的性能要求，保证高差部位结构构件能够有效、可靠传递水平地震作用下的基底剪力。同时，表2中ETABSB模型分析结果大致反映，边梁承担了边柱在高差部位的大部分剪力，无形中增加高差部位短柱截面抗剪承载力的安全储备，在这种条件下，
地下室顶板主楼内外高差部位的结构构件从受力上能够满足地下室顶板作为上部结构嵌固端的要求。
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