高层建筑地下室结构的抗震设计

摘要：随着社会的发展与进步，重视高层建筑地下室结构的抗震设计对于现实生活具有重要的意义。本文主要介绍高层建筑地下室结构的抗震设计的有关内容。

关键词 ： 高层建筑；抗震设计；地下室；结构； 中图分类号：tu97文献标识码： a 文章编号： 引言

高层建筑物本身又是一个庞大复杂的系统，在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，也存在着不确定性。因此，高层建筑结构抗震设计就显得尤为重要。

一、有关抗震设计的若干概念

为了保证结构的抗震安全，根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元宜采取加强连接的方法。尽可能设置多道抗震防线，强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，在首次破坏后在遭受余震，结构将会因损伤积累而导致倒塌。适当处理结构构件的强弱关系，使其在强震作用下形成多道防线，并考虑某一防线被突破后，引起内力重分布的影响，是提高结构抗震性能，避免大震倒塌的有效措施。合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应。结构刚度、承载力沿房屋高度宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱部位。

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的性能。主要耗能构件应有较高的延性和适当的刚度，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。合理控制结构的非弹性(塑性铰区)，掌握结构的屈服过程，实现合理的屈服机制。框架抗震设计应遵守“强柱、弱梁、结点更强”的原则，当构件屈服、刚度退化时，结点应能保持承载力和刚度不变。采取有效措施，防止钢筋滑移、混凝土过早的剪切破坏和压碎等脆性破坏。考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时，基础结构或地下室机构应保持弹性工作。高层建筑的地基主要受力范围内存在较厚的软弱黏性土层时，不宜采用天然地基。采用天然地基的高层建筑应考虑地震作用下地基变形对上部结构的影响。

为了充分发挥各构件的抗震能力，确保结构的整体性，在设计的过程中应遵循以下原则：①结构应具有连续性。结构的连续性是使结构在地震作用时能够保持整体的重要手段之一。②保证构件间的可靠连接。提高建筑物的抗震性能，保证各个构件充分发挥承载力，关键的是加强构件间的连接，使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。③增强房屋的竖向刚度。在设计时，应使结构沿纵、横2个方向具有足够的整体竖向刚度，并使房屋基础具有较强的整体性，以抵抗地震时可能发生的地基不均匀沉降及地面裂隙穿过房屋时所造成的危害。 二、高层建筑的嵌固部位

多数单塔或多塔高层建筑带有面积较大的地下室及层数不多的

裙房, 裙房可能相连形成大底盘。5建筑抗震设计规范规定, 高层建筑地下室结构满足一定条件时, 地下室顶板可作为上部结构的嵌固部位。若不满足规范要求, 可将嵌固部位设置在基础顶面。嵌固在地下室顶板的条件及要求:

(1) 地下室层数不少于2 层, 全部地下室宜有与地下室顶板相连的封闭外墙。

(2) 地下一层结构侧向刚度应不小于地上一层结构侧向刚度的2 倍。结构的层侧向刚度可近似按等效剪切刚度计算, 即:

式中: g0, g1 分别为地下一层及地上一层的混凝土剪切模量; a0, a1 分别为地下一层及地上一层竖向结构构件的总折算受剪面积; a w 为沿计算方向地上一层或地下室范围地下一层的抗震墙全部有效截面面积; a c为地下一层或地上一层的全部柱截面面积; h0, h1 分别为地下一层及地上一层的层高。

( 3) 地下室结构范围可按图1 采用。单塔结构无相连裙房时, 地下室范围可包括距主体结构较近的地下室外墙; 单塔结构和多塔结构有相连裙房时, 主体结构和裙房应分别符合式(1) 的要求, 地下室范围也可包括距主体结构较近的地下室外墙。 图1 地下室结构范围

( 4) 地下室结构布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载能力, 能将上部结构的地震作用传递到全部地下室结构范围的抗侧力构件。地下室顶板厚度不宜小于180mm, 混凝土强度等级不应低于c30, 应采用双层双向配筋, 每

层每个方向配筋率不宜小于0125%。地下室顶板不宜采用无梁楼盖。 ( 5) 裙房与主体结构相连时, 其嵌固部位应随同主体结构, 且应满足嵌固的有关要求; 裙房与主体可采用不同基础结构, 但应加强连接, 保证在地震作用下共同工作 三、嵌固在地下室顶板时的抗震设计要求 3.1地下室结构水平地震作用计算

可采用底部剪力法计算地下室结构水平地震作用。作用在无裙房主体结构或有裙房主体结构( 两者之间不分缝) 地下室底部的总水平地震作用标准值fbk 可按下式计算:

式中: fek 为上部结构在地下室顶部的总水平地震作用标准值; fb 为地下室结构引起的总水平地震作用标准值; β为地下室结构水平地震作用降低系数, 可按表1取值 ; α1 为上部结构基本自振周期的水平地震影响系数; gb, eq为地下室结构等效总重力荷载, 可取地下室结构总重力荷载代表值的85%; fb, i 为层i 地下室的水平地震作用标准值( 地下室结构的层号由上向下计) ; gb, i , gb, j 分别为集中于地下室层i , j 的重力荷载代表值; hb, i , hb, j 分别为地下室层i , j 至基础顶的计算高度; n 为地下室总层数。 裙房与主体结构之间设缝分开时, 主体结构与裙房地下室的水平地震作用应分别计算。

上部结构以外范围较大的地下室结构, 如多层车库的框架, 可按其受荷范围计算地下室结构引起的总水平地震作用标准值, 地震影响系数可取amax , 并按地下室层数考虑水平地震作用降低系

数b。

3.2 地下室结构构件的内力设计值

地下室结构层j 的地震剪力标准值vb, j 可按下式计算: 应采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的内力标准值; 地下室结构的竖向构件的内力标准值应包括上部结构重力荷载代表值产生的效应。 3.3混凝土强度等级

地下室结构构件的混凝土强度等级不低于上部结构相应构件的混凝土强度等级。 3.4抗震等级

地下一层应与上部结构的抗震等级相同, 以下可逐层降低一级; 对于丙类建筑, 7 度时不宜低于四级, 8度时不宜低于三级, 9 度时不宜低于二级; 对于乙类建筑, 6 度时不宜低于四级, 7 度时不宜低于三级, 8 度时不宜低于二级, 9 度时应专门研究。除9 度外, 上部结构以外范围较大的地下室结构可采用三~ 四级。 结束语

随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用用于结构设计。结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一

系列转变。 参考文献

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