探讨高层建筑地下室顶板嵌固的设计

探讨高层建筑地下室顶板嵌固的设计

李勇

鸡西市建筑设计院

摘要：地下室顶板嵌固设计是高层建筑地下室设计不可分割的一部分，在整个设计过程中，需要考虑的问题是嵌固端的选取，这是地下室顶板嵌固设计质量的保证。在实际设计中，设计人员在选取嵌固端时，经过会出现误差，为了避免这种现象的发展，笔者对其进行有效的探讨，仅此提供借鉴。

关键词：高层建筑；地下室；顶板嵌固；设计

嵌固端也就是常见的固定端，其主要的作用就是避免构件发生位移。通常情况下，高层建筑都会设计地下室，地下室的设计有助于高层建筑整体提高抗震性，并且提高整个高层建筑的倾覆能力，但是在设计高层地下室时，需要对顶板嵌固进行设计，以此来保证地下室构件不会出现位移情况。

一、地下室顶板作为高层建筑上部结构

嵌固端的要求依据高层民用建筑防火设计的规定，对高层建筑的结构计算，如果地下室顶板用作上部结构的嵌固端时，地下室楼层的侧向刚度要不小于相邻结构的楼层侧向刚度的两倍。但在实际的工程建设中，由于地下室侧向刚度和塔楼侧向刚度之间具有不连续性，所以当地下室作为上部结构的嵌固时，通常是有一定的条件的。地下室顶板作为高程建筑上部结构的嵌固端重点在于加强地下室楼层侧向刚度、加强整体的承载能力，为满足上部结构嵌固端的要求，高层地下室应满足以下要求：

地下室顶板的设计要尽量不出现开设大洞的情况，结构上采用现浇梁板，严格控制各项构件的规格，混凝土的强度等级控制在C30以上，楼板的厚度控制在180mm以上，每层的都要采用双层双向的配筋，配筋率控制在0.25%以上；对地下室的柱截面纵向的钢筋面积的要求，一是满足计算要求，二是与地上一层对应柱每侧的钢筋面积相比，要不小于地上一层钢筋面积的1.1倍，且地下室的剪刀墙的配筋也要比地上一层的配筋多；在对地下室柱底嵌固端的设计时，要提高地下室顶板梁的受弯承载力，增加柱顶承载力。因地下一层的柱会出现塑性铰所以一定要加强对柱底嵌固的考虑；地下室边柱角柱问题，依据其一面有梁的特点，在提高梁端截面的实际弯矩承载力时可采用的方法有：一是梁截面的增加，二是梁配筋的增加但梁截面不增大，要保证边柱角柱的梁截面要大于柱下端的实际承载力；在实际的结构设计中，加强剪刀墙的结构底部需要取顶板的上二层和墙肢总高的八分之一处的较大值。在地下室的四边都有覆土的情况下，要从覆土下面的第二层楼板的标高算起，在对构造配筋的选择上，覆土下面的二层往下的剪刀墙选用三级或者四级的构造配筋

二、高层建筑地下室顶板嵌固的设计分析

地下室作为现代高层建筑重要的组成部分，其设计环节比较多，其中比较重要的一项就是对顶板进行嵌固设计，以此来保证顶板达到良好的嵌固要求，其具体的设计如下：

1、一层地下室

如果高层建筑只有一层地下室，普通的基础底板即可被看作是结构嵌固端，这种设计方法不仅能够充分的利用底板刚度优势，还方便高层建筑地上一层进行结构选型，与此同时，还可以确保结构计算最终结果的真实可靠性。

高层建筑一层地下室主要有三种形式：首先，半埋式地下室，在对其进行底板嵌固设计时，需要注意周边填土，因为这种类型的地下室，受周边填土的影响，并没有足够的约束，因此在水平位置上非常容易出现位移的情况，所以选择合适的嵌固端非常的重要，基于上述原因，设计人员经过大量实践认为，将底板作为嵌固端最为合理；其次，全埋式地下室，对其进行底板嵌固设计需要考虑两个方面的问题，第一，如果高层建筑楼层上下刚度之间的比值能够符合设计所需要的要求，可以直接将顶板位置看作是嵌固端；第二，如果刚度比并不能满足要求，则需要将地下室底板看作是嵌固端。刚度比主要包括两部分，地下一层与地上一层之间的刚度比，地上一层与地上二层之间的刚度比值；最后，风荷载作用下的地下室，按照相关要求，首先应该计算出地下室的风荷载标准值，其主要采用的公式：风荷载标准值=风度系数×体型系数×风压高度变化系数×基本风压，通过上述公式，计算出风荷载标准值之后，还需要考虑结构自振周期的问题，一般情况下，风荷载与结构自振周期成正比，如果结构自振周期有所增加，风荷载也会相应的提高，在这种情况下，如果按照上述计算方法来计算，得到了风荷载值与实际需求相比略小。

2、多层地下室

如果高层建筑中附带多层地下室，除了地下一层外，其他几层都不需要考虑到地震作用，也不需要考虑风荷载，因此通常情况下，都会将地下室底板位置看作是嵌固端，这种设计方法计算结果更符合实际。为了确保底板能够完全的发挥嵌固端的功能，设计人员在对其进行设计时，需要根据固定标准，对其完全约束，与此同时，还应该控制好刚度比，通常情况下，地下一层与地上一层刚度比要超过2，同时需要注意的是，如果地上一层的高度比较高，达到了其他楼层的2倍，则地上一层与二层的刚度比要超过4.5。

首先，如果属于全埋式多层地下室，周边填土会产生非常大的约束作用，其产生的直接后果就是地下室侧向发生变形，无形中将增加地下室侧向刚度，进而对嵌固层产生积极的效果，使其不会产生变形，更好的发挥作用。如果楼层之间的刚度比能够满足设计要求，顶板位置可以被看作嵌固端；其次，如果属于半埋式多层地下室，因为地下一层是半埋式结构，所以顶板会产生高差，将会导致整体结构刚度降低，也有可能会导致顶板平面刚度降低，在这种情况下，就需要将地下二层看作是嵌固端。

3、抗震等级

机构设计要符合刚度规范要求、抗规要求，在满足条件的情况下直接按照规范进行地下结构的地震等级选取，一些特殊的情况做适当的调整：地下室的一侧或者两侧开敞的情况，在对嵌固端进行考虑时，要先满足刚度的规范与构造的要求，因土的约束作用在逐渐减小，其地下各层的抗震等级的选取要与上部的结构相同。半地下室的情况，半地下室的覆土深度一般在地下的一层，处于层高的一半位置。如果地下室的顶板满足刚度规范与构造要求时，地下一层的抗震等级与上部结构相同，地下二层的抗震等级要比地下一层减一级。

三、结语

综上所述，可知对高层建筑地下室顶板嵌固的设计进行探讨很有必要，尤其是嵌固端的选择更是重中之重，不仅影响着地下室结构设计的安全可靠性，也影响着高层建筑的整体结构，在选择嵌固端时，需要考虑刚度比的问题，除此之外，还需要考虑其他方面的问题，但是只要设计人员符合国家法规规定要求，不会出现大的差错。

参考文献：

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[2]胡庆昌，钱稼茹，孙金墀.高层建筑地下室结构的抗震设计[J].建筑结构.2006（06）

[3]陈宏杰.结合工程实例浅谈高层建筑结构设计存在几个问题[J].中国高新技术企业.2009（09）