高层建筑地下室结构的抗震设计.pdf

装饰装修天地 高层建筑地下室结构的抗震设计 王珊雯 深圳中咨建筑设计有限公司 广东省 518000 摘要： 伴随着各种类型高层建筑的不断建设， 人们越来越关注 高层建筑的抗震设计， 而要想保证整个高层建筑的抗震能力， 就要 从地下室结构的设计着手。基于此， 本文主要对高层建筑地下室 结构的抗震设计进行了简单的分析， 希望对有关人士有所帮助。 关键词： 高层建筑； 地下室结构； 抗震设计 前 言 随着城市化进程的不断加快， 人们对地下空间需求在不断的 加大， 地下工程在建筑工程项目建设中占的比重也越来越大。地 下室的设置对于高层建筑而言， 既有利于地基土的承载力的提高、 降低地震作用， 并且对建筑的上部结构也有相应影响， 因此， 一定 要地下室结构的抗震进行合理的设计。 一、 抗震设计的基本原则 1.选择有利场地 造成物震害的原因是多方面的， 场地条件是其中之一。由于 场地因素引起的震害往往特别严重， 而且有些情况仅仅依靠工程 措施来弥补是很困难的。因此， 选择工程场址时， 应进行详细勘 察， 搞清地形、 地质情况， 挑选对抗震有利的地段， 尽可能避开对抗 震不利的地段， 任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引 起人员伤亡或较大经济损失的物。 2.选择合理的结构形式 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。按结构材料分 类， 目前主要应用的结构体系有砌体结构、 钢结构、 钢筋混凝土结 构、 钢-混凝土结构等； 按结构形式分类， 目前常见的有框架结构、 剪力墙结构、 框架剪力墙结构、 简体结构等。结构体系的确定受到 抗震设防烈度、 高度、 场地条件以及材料、 施工条件、 经济条件等诸 多因素影响， 是一个综合的技术经济问题， 需进行周密考虑确定。 3.选择合适的结构材料 单从抗震角度考虑， 作为一种结构材料应轻质、 高强、 材质均 匀； 构件间的连接应有良好的整体性、 连续性及延性， 且能发挥材 料的全强度。按照这一原则， 不同材料结构的抗震性能优劣排序 是： 钢结构； 型钢混凝土结构； 混凝土-钢混合结构； 现浇钢筋混凝 土结构； 预应力混凝土结构； 装配式钢筋混凝土结构； 配筋砌体 结构。 二、 高层建筑地下室结构抗震设计方法 1.静力法 把地震作用当作等效的静力荷载进行抗震计算。它通常应用 于地下管线、 洞道的横截面抗震设计， 它把地震时的土压力和结构 物以及结构物以上覆土层作为外力考虑。这种方法的缺陷在于没 有考虑土层与结构各自的振动特性及其相互间的关系。 2.反应位移法 70年代， 日本学者从地震观测入手， 提出了地下线状结构抗震 设计的反应位移法。其基本原理就是用弹性地基上的梁来模拟地 下现状结构， 把地震时地基的位移当作已知条件作用在弹性地基 上， 以求解在梁上产生的应力和变形， 从而计算地下结构 （隧洞、 管 道、 竖井等） 地震反应， 公式可以简化为拟静力计算公式， KU=Ks Ug。式中的矩阵K包括地下结构的刚度Kt和地基抗力Ks。本方 法的关键是确定地基变位Ug和抗力系数Ks， 通常将Ks取为对角 阵， 则Ks相当于文科尔弹簧常数或地基土介质的弹簧常数。这种 方法的理论基础是基于地震时支配地下结构地震反应的地基变形 而不是结构物的惯性力。近年来， 大多数地下结构， 尤其是地下管 线都把这种方法作为其抗震设计方法。但是， 这种方法把不规则 地震波的传播看作为同一周期和同一方向的地震波， 从而与实际 相去甚远； 另外该法只适用于线形地下结构的抗震研究， 用于大断 面地下结构的抗震分析时需要进一步探讨、 完善和修改。 3.动力反应分析法 主要适用于结构物形状和地质条件比较复杂时的地下结构抗 震反应分析。它是采用有限元理论， 将地震记录直接输入结构模 型求得结构的动力反应。这种方法不仅可以求得结构受地震作用 时反应的最大值， 而且也可以观察到结构反应的全过程， 同时也使 结构的弹塑性反应分析成为可能。动力反应分析法又可细分为两 种： 一种是考虑土和结构的相互作用； 另一种是不考虑土和结构的 相互作用。前者将土与结构当作由一定的边界条件联系起来的整 体系统来考虑， 后者即不考虑结构的存在， 把自由场的地震位移反 应当作相应的结构地震位移反应。这种方法适用于任意的地下结 构类型， 同时考虑地基土的具体性质和结构的非线性， 缺点是应用 不便， 难以得到规律性的结论， 且其结果需要得到实验或理论解析 的验证。 三、 高层建筑地下室结构设计中的技术处理 1.嵌固位置 1.1 地下室的抗震等级。带地下室的高层建筑当视地下室顶 板作为嵌固端时， 地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼面， 同时影响到地下一层。而地面以下的地震响应逐渐减小。故确定 嵌固在地下室顶板结构的抗震等级时， 地下一层相关范围 （主楼周 边外延1-2跨的地下室范围） 的抗震等级应与地上结构相同。地下 一层及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。 1.2 地下室顶板。地下室顶板采用现浇梁板结构， 是具有足够 的平面内刚度， 以有效传递地震基底剪力， 且地下室顶板的构造要 求： 厚度不宜小于180mm， 避免开设大洞口， 砼强度等级不应低于 C30， 双层双向配筋， 每层每向配筋率不宜小于0.25%， 不宜采用无 梁楼盖。 1.3 地下室墙体配筋。地下室至少一层与上部对应的墙肢端 部边缘构件的纵向钢筋截面面积， 不应小于地上一层对应的墙肢 边缘构件的纵向钢筋截面面积。 2.地下室外墙 2.1 荷载。一般地下室外墙所承受的侧向压力分为土压力和 水压力。计算土压力时， 当地下室施工采用大开挖方式， 无护坡或 连续墙支护时， 地下室外墙承受的静止土压力， 一般情况下对于正 常固结土， 可取0.5； 当地下室施工采用护坡桩或是连续墙支护时， 可以考虑基坑支护与地下室外墙的共同作用， 静止土压力取值为 0.33。配筋计算时， 外墙侧向压力分项系数可取为1.3。在考虑可 能停放消防车的室外地面， 计算外墙时室外活载可取5kN/。地 下水位以下的土重度取11 kN/。 2.2 配筋。构造要求为竖向和水平分布钢筋应双层双向布置， 间距不宜大于150mm， 配筋率不宜小于0.3%。目前在设计地下室 外墙的配筋计算时， 对于带扶壁柱的外墙， 均简化成板来计算配 筋。而扶壁柱则按地下室结构的整体电算分析结果进行配筋， 不 按外墙传递荷载验算扶壁柱配筋。考虑到外墙与扶壁柱变形协调 的原理， 这种简化方法在一定程度上会使简化成板的外墙主受力 方向筋配筋富裕、 次受力方向筋配筋不足及扶壁柱配筋偏少。 3.后浇带 高层建筑地下室不宜设置永久变形缝。当基础长度超过40m 时， 应设置间隔为3040m， 宽度为8001000mm且贯通底部、 墙 及顶板的施工后浇带， 位置最好在柱距中部1/3范围内以及剪力墙 附近， 方向与梁正交为宜， 沿竖向在结构同跨内。后浇带内钢筋贯 通， 后浇砼应在其两侧砼浇筑完毕后至少两个月再浇筑， 其强度等 级应提高一级， 并采用无收缩混凝土。若设置的是沉降后浇带， 浇 筑时间根据施工情况及沉降观测数据确定。地下室底板及外墙的 后浇带外侧还要设置附加防水层。 4.地下室窗井 当窗井较长时， 应在窗井内部设置分隔墙以减少窗井外墙的 无支长度。分隔墙最好与地下室内墙连续拉通为整体。计算时， 如窗井底板与基础底板平齐， 应把窗井底板简化成支承在地下室 外墙与窗井外墙之间的单向板来考虑。而窗井分隔墙则简化为从 地下室内墙伸出的悬挑深梁， 验算悬挑墙界面使窗井墙根部的剪 力V0.20fcbho （b-墙厚； ho-墙的有效高度） 。 四、 结束语 综上所述， 在进行高层建筑的地下室结构抗震设计时， 设计人 员一定要根据有关的规范和标准选择合理的