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摘要：高层建筑具有节省空间以及地理区域的巨大优点，受到越来越多的关注，但是在高层建筑工程建设中，高层建筑上部分承载了比较大的负荷，地基埋置深度也比较深。高层建筑尤其是抗震设防的高层建筑，为了减轻地震灾害的破坏程度、提高地基承载力和结构抗倾覆能力，通常都设地下室。有地下室的高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定地下室顶板是否作为结构嵌固端，正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性。
本文首先说明了不同类型地下室嵌固端的选取位置，得出顶板最适宜作为嵌固端，然后详细分析了顶板作为嵌固端应满足的条件，最后对地下室顶板作为嵌固端设计中的相关问题进行了阐述。
关键词：高层建筑,地下室顶板,嵌固端,抗震
一、针对不同类型的地下室嵌固应选取的位置
高层建筑结构分析计算时必须对结构进行力学上的简化处理，其中重要的简化处理（也即计算假定）就是结构嵌固端的设定，此设定既要反映结构的受力性能又要适应所选用的计算分析软件的力学模型。而实际工程的高层建筑所设置的地下室却有各种不同情况：有单层和多层的，有半埋式的和全埋式的，有地下室侧壁和主楼首层投影部位重叠或相距较近的也有相距较远的，有地下1层层高与首层层高接近的或相差较大的（后者又分地下1层层高高于或低于首层层高的），也有首层层高远大于2层层高的；从地下室基坑支护结构的功能上分，有支护结构与地下室侧壁分别设置的，也有二者合一的，等等。这样使得高层建筑结构嵌固端的选取不可能千篇一律，必须根据地下室设置的不同情况选取合适合理的结构嵌固端。
作为高层建筑的结构嵌固端，其工作机理是：嵌固端节点下的梁柱（板）构件是不产生转动的，嵌固端楼层平面内更不会产生水平位移，地震作用下结构的屈服部位将发生在嵌固端之上楼层，因此实际工程的结构嵌固端应按地下室设置的不同情况（包括地下1层、首层及2层的层高因素）给予合理选定。
（一）单层半埋式地下室
对于单层半埋式地下室，由于周边填土对地下室缺乏足够的约束作用，顶板平面理论上会发生水平位移，故应以地下室底板为结构嵌固端。
（二）单层全埋式
对于单层全埋式的地下室，如楼层上下刚度比，包括地下1层与首层、首层与2层的刚度比容易做到满足要求，则可以顶板处为结构嵌固端，否则应以地下室底板为结构嵌固端。
（三）多层全埋式
对于多层全埋式的地下室，尤其基坑支护结构与侧壁合二而一的，由于周边土对地下室有足够的约束作用，如楼层刚度比能满足规范要求，通常应以顶板处为结构嵌固端。
（四）负1层为半埋式的多层地下室
对于多层地下室而其负1层为半埋式的，由于顶板存在室内外高差，主体范围内的顶板平面内刚度可能不足或地下室侧壁远离主体结构而造成上下层刚度比过小，则必须选取更下一层为结构嵌固端。由于地下1层以下的地下室基本符合作为嵌固端的工作机理，只要地下1层楼盖平面内刚度满足作为嵌固端要求，则无须要求地下2层与地下1层的侧向刚度比不小于2。（通常建筑物的地下室2层的层高都不会高于地下1层的层高，当其竖向构件截面相同时，地下2层的侧向刚度不会低于地下1层）。对于此类工程，增强地下1层水平构件的刚度、强度要比满足上下刚度比容易得多，且对地下室的使用影响最少，故一般宜选取地下1层楼层为嵌固端。
二、地下室顶板作为高层建筑上部结构嵌固端应满足的条件
对于多层地下室，由于地下1层以下各层不要求计算地震作用，整个地下室更不承受风荷载作用，因此多数高层建筑的结构嵌固端都选取地下室顶板部位。以顶板为结构计算的嵌固端，对上部结构而言，计算所得的结构侧向位移和构件内力等更能反映结构的实际情况。《高层建筑混凝土结构技术规程》中对地下室顶板作为结构嵌固端有诸多规定和要求，相反对不以地下室顶板作为结构嵌固端的，几乎没有任何一条条文提出具体要求，这从另一侧面说明高层建筑以地下室顶板为结构嵌固端是普遍做法，而且也许是较正确的做法。因此，地下室顶板作为高层建筑上部结构嵌固端应满足以下条件：
1、地下室顶板应避免开设大洞，并应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于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％。
2、地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除满足计算要求以外，不应小于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍(地下室柱子多出的纵向钢筋不应向上延伸，应锚固于地下室顶板的框架梁内)，地下室剪力墙的配筋不应少于地上一层剪力墙的配筋。
3、考虑柱在地下一层的下端柱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承载力的方法来考虑柱底的嵌固。
4、对于边柱及角柱，由于只有一面有梁，为满足该梁端截面实际弯矩承载力不易小于柱下端实际承载力的要求，可采用增加梁截面，或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。
三、地下室顶板作为嵌固端设计的要点
（一）设计方法
当选定地下室顶板为结构嵌固端，由于刚度比要求是决定顶板是否为结构嵌固端的先决条件，为了增强地下1层的侧向刚度从而满足地下1层与首层的侧向刚度比要求，设计中通常采用以下方法：
1、当地下室侧壁与主楼首层投影线较接近时，可计入侧壁及其与主楼首层投影面积之间的竖向构件刚度；
2、将地下1层的墙体加厚，或将多肢墙连成一片，或另外增添一些墙体。
当地下1层层高小于或接近于首层层高时，上述方法较容易达到刚度比要求，相反当地下1层层高远大于首层层高时，则不太容易达到刚度比要求。
3、当以地下室顶板为结构嵌固端，顶板结构最适宜的结构形式为只设框架梁（最好为宽扁梁）的等厚平板。一方面符合规范规定的需采用梁板结构规定，另一方面等厚平板的厚度通常不小于180mm，既符合顶板平面内有足够刚度的要求，又能充分发挥厚板平面外较强承载力作用，施工又方便，且能形成地下1层室内较简洁的空间观感。
4、地下室顶板设转换层
在结构设计中，常有地下室设停车场，而必须在顶板上设转换层。设转换层的地下室设计应注意以下问题：
（1）考虑到实际结构为非理想固接，所以对剪力墙结构底部加强区宜取顶板上二层及墙肢总高的1/8的较大值，墙肢总高从地下室底板计算。若地下室四面有覆土，宜从覆土下面第二层楼板标高算起，覆土下面第二层以下剪力墙可按三级或四级构造配筋。
（2）对顶板上有大开洞时，由于规范对洞口大小无量的标准，考虑洞口对层刚度的削弱作用，故应根据计算决定开洞处是否满足嵌固要求，并对设计做相应调整。
（二）抗震设计
在满足规范刚度及抗规要求时，可直接按规范取地下结构抗震等级，在下述几种情况下，应做适当调整：
1、地下室有一侧或二侧开敞
在满足规范刚度及构造要求时，仍可按嵌固考虑，但由于土的约束作用减小，所以地下各层抗震等级均取与上部结构相同。
2、半埋式地下室
半埋地下室指覆土深度在地下一层层高一半的位置。在顶板满足嵌固条件时，地下一层抗震等级同上部结构，地下二层可比地下一层减一级考虑。
3、地下室顶板上无裙房的情况
顶板上只有主楼而无裙房时，主楼范围内的地下1层及主楼投影面积之外1～2跨地下1层，其抗震等级不应低于主楼的抗震等级，地下1层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级但不应低于四级。
4、地下室顶板上带裙房的情况
顶板上有与主楼相连的裙房时，裙房除按本身确定抗震等级外，3～4跨内部分的抗震等级不应低于主楼抗震等级（如下图）（当裙房采用框架结构而主楼为剪力墙结构时，框架结构的裙房的抗震等级可能高于主楼的抗震等级），此时裙房所对应的地下1层3～4跨的抗震等级也应与上部裙房相同。
地下室抗震等级裙房及地下室抗震等级
结语
总体来讲，高层建筑上部分所受负荷较大，基础设埋较深，因此地下室的嵌固作用就显得相当重要，对整个建筑的质量以及安全问题有直接影响，所以设计好地下室的嵌固结构尤为重要。经过综合比较，地下室的顶板最适宜作为嵌固位置，在地下室顶板作为嵌固端的设计时，要注意其抗震等级的选取，准确分析嵌固设计模型，优化结构设计，最终确保设计的合理和建筑的质量。
参考文献
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