高层建筑地下室结构的抗震设计要点

高层建筑地下室结构的抗震设计要点

丛培晓

丛培晓

（威海市建设工程勘察设计审查中心，山东，威海，264200）

【摘要】城市发展过程中，随着城市土地资源日趋紧张及城市人口不断增加，设有地下室结构的高层建筑逐渐增多。地下室是高层建筑的主体结构，其抗震性能的优劣直接影响到建筑的质量安全和使用功能，是结构设计的一个重要环节。

【关键词】高层建筑；地下室，抗震设计

地下室是高层建筑的核心结构，承载着高层建筑的重力荷载，能够提高地基土的承载力，缓解地震对于建筑上部的影响。因此，地下室结构的抗震设计直接影响到建筑物的抗震性能。抗震设计要点包括地下室嵌固部位、地下室抗震等级、抗震墙底部加强范围等方面。

1．嵌固部位

高层建筑在结构分析之前需要确定嵌固部位，这是结构计算模式中的一个重要假定，关系到某些构件内力分配的准确性，并影响结构产生侧移的真实性。

如果高层建筑地下室满足《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》中相关规范要求，可以选择地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。具体条件如下：一是地下室层数≥2，四周有与顶板相连的封闭地下室外墙。二是地下室一层侧向刚度≥地上一层侧向刚度的2倍。其中，侧向刚度用等效剪切刚度代替。三是对于没有裙房的单塔结构，地下室范围可以包括离主体结构较近的地下室外墙。对于有裙房的单塔或者多塔结构，裙房和主体结构应该分别符合规范要求，地下室范围可以包括离主体结构较近的地下室外墙。四是地下室顶板和地下室其他各层楼板均需足够的整体刚度和承载力，能够将建筑上部结构的地震作用传递到地下室结构范围内的所有抗侧力构件上。

如果地下室结构不能满足上四点要求，除B级高度高层建筑之外，可以选择基础顶部作为嵌固部位。对于单层地下室可以选择基础底板作为嵌固部位。

2．地下室抗震等级

2.1地下室顶板作为嵌固部位时，地下一层抗震等级等于上部结构抗震等级，地下一层以下层数抗震等级逐级下降一级。对于乙类建筑，6度时地下室抗震等级不宜低于四级，7度时地下室抗震等级不宜低于三级，8度时地下室抗震等级不宜低于二级。对于丙类建筑，6或7度时地下室抗震等级不宜低于四级，8度时地下室抗震等级不宜低于三级，9度时地下室抗震等级不宜低于二级。对于地下室上部没有主体结构的部分，地下室抗震等级采用三或四级。对于上部结构范围以外且距离较远的地下室结构，除9度外，地下室抗震等级采用三或四级。

2.2当地下室顶板不能作为嵌固部位时，实际嵌固部位所在楼层及以上地下室楼层的抗震等级，与地上结构相同。嵌固部位以下部分的抗震等级参照2.1所述。

2.3当地下室是大底盘型，上面有多个独立塔楼时，如果嵌固部位在地下室顶板，则塔楼下面地下室一层部分及受塔楼影响范围内的地下室一层部分，其抗震等级与地下室顶板上部结构抗震等级相同。不符合前面所述情况的地下室一层剩余部分及地下室一层以下部分的抗震等级参照2.1所述。

3．嵌固部位在地下室顶板的抗震设计

3.1地下室结构的抗震设计方法

一般分为拟静力计算方法、动力反应分析方法。

拟静力计算方法是利用静力学方法解决动力学问题的简易方法，也称为等效荷载法，用等效荷载来模拟地震对地下结构的作用。通过静力分析对结构进行内力和位移计算，得到结构的抗震承载力和变形。优点是计算方法简单、计算工作量小、参数容易确定。缺点是不能反映结构物之间的动力响应和动力耦合关系，也不能反映材料本身的动力特性。适用于加速度较小、动力相互作用不明显的地下结构。不适用于地震时土体刚度有明显降低或者产生液化的地下结构。拟静力计算方法常用的有反应位移法、有限元反应加速度法。

动力反应分析方法是利用有限元理论，把地震记录直接输入结构模型得到结构的动力反应。优点是可以观察到结构反应的全部过程并得到地震时的最大反应值。缺点是在人工边界设置、地震动输入、土动力非线性参数等方面增加计算工作量和计算时间，进而增加抗震分析的复杂性。适用于任意类型的地下结构。

3.2地下室结构水平地震作用计算

采用底部剪力法。无裙房主体结构、裙房与主体结构不分缝的地下室底部的总水平地震作用标准值，由上部结构在地下室顶部的总水平地震作用标准值与地下室结构引起的总水平地震作用标准值之和构成。当裙房与主体结构有缝时，裙房地下室水平地震作用和主体结构水平地震作用需要分开计算。

3.3地下室结构构件的内力设计值

利用地下室结构的地震剪力标准值计算水平地震作用产生的地下室结构构件内力设计值，竖向构件的内力设计值包括上部结构重力荷载代表值产生的效应。

3.4地下室顶板

构造要求：厚度≥180mm，双层双向配筋，配筋≥0.25%。避免开较大洞口，混凝土强度等级≥C30。

3.5梁柱节点

地下一层柱截面每侧纵向配筋面积不少于地上一层对应柱每侧纵向配筋面积的1.1倍。地下一层梁端的顶面和底面纵向配筋是计算值的1.1倍。地下室顶板梁柱节点左右梁端截面与下柱上端同一方向实配的受弯承载力之和不小于地上一层对应柱下端实配的受弯承载力1.3倍。

3.6外墙荷载

地下室外墙荷载分为水平荷载和竖向荷载。水平荷载包括地面荷载、侧向土压力、人防等效静荷载。竖向荷载包括上部结构、地下室结构的楼板传重和自重。风荷载、竖向荷载、地震作用产生内力对于地下室外墙不起主要作用，外墙配筋主要由竖直墙面水平荷载产生的弯矩决定，按照墙板弯曲计算墙配筋，不需要考虑竖向荷载组合的压弯作用。

3.7外墙配筋

水平和竖向的分布钢筋设为双层双向布筋，间距≤150mm，配筋率≥0.3%。对于带扶壁柱外墙，计算时可简化为双向板。对于扶壁柱，不按照外墙双向板传递荷载来验算配筋，而是按照地下室结构整体分析结果进行配筋。

3.8抗震墙底部加强范围

抗震墙底部设置底部加强区，是为了增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋的抗震能力，防止脆性的剪切破坏。加强范围：把底部两层高度和墙体总高度的1/10进行比较，较大者为加强范围。对于部分框支抗震墙结构，把框支层及以上二层的高度数值，与落地抗震墙总高度1/10进行比较，较大者为加强范围。对于嵌固部位位于地下室一层底板或者以下部位时，底部加强区要延伸到嵌固部位。

3.9后浇带

高层建筑地下室不宜设置永久变形缝，而设置施工后浇带。当基础长度超过40m，设置后浇带间距为30～40m，宽度为800～1000mm。后浇带贯通顶板、墙、底部，内部钢筋贯通，后浇混凝土采用无收缩混凝土，强度比前期浇筑混凝土提高一级。底板及外墙后浇带外侧设置附加防水层。

3.10地下室窗井

当窗井较长时，在窗井内设置分隔墙来减少窗井外墙的无支长度。如果窗井底板与基础底板一平，可以把窗井底板简化为单向板进行计算。窗井分隔墙简化为悬挑深梁。

参考文献：

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