上部结构与地下室共同工作及地下室设计、人防设计-中建院

邵弘弘上部结结构与与地下下室共共同工工作及及地下下室设设计、、人防防设计计1。地下室室结构构的特特点2。分分析模模型3。风风、地地震、、恒活活荷载载作用用计算算4。地地下室室抗震震控制制5。地地下室室外墙墙平面面外设设计1。有地下下室结结构的的特点点和变变形特特征上部结结构与与地下下室组组成一一个承力体体系，具有有共同的的位移移场，相互互协调变变形。地下室室外的的回填填土对对结构构侧向有一定定的约束作作用。地下室室楼层层侧移刚刚度通常较较大。。规范有有关规规定：：嵌固部部位如如何定定？何为嵌嵌固部部位——————能约束束结构构所有位位移和和转角角（Dx、Dy、Dz、θx、θθy、θθz）的部位位，称称为嵌固部部位。何为侧侧向约约束——————只约束束结构构的水平位位移和和整体体扭转转（Dx、Dy、θθz）的部位位，称称为侧向约约束。当这这种侧侧向约束很很大时，也也可以以称之之为侧向嵌嵌固。《抗震震规范范》第第6.1.14条、、《高高规》》第5.3.7条都都规定定，当当地下下室顶板作作为上上部结结构嵌嵌固部部位时，地地下室室结构构的楼楼层侧侧向刚刚度不应小小于相邻上上部结结构楼楼层侧侧向刚刚度的的2倍。《高规规》的的“宣宣贯培培训材材料””（P5-12）建议：：当刚刚度比比不满满足嵌嵌固部部位的楼层层侧向向刚度度比规规定时时，有有条件件可增加加地下下室楼楼层的的侧向向刚度度，或或者将将主体体结构构的嵌嵌固部部位下下移至至符合合要求求的部部位。地下室室侧向向刚度度比计计算：：确定嵌嵌固部部位《高规规》的的“宣宣贯培培训材材料””（P5-12）建议：：方法1：按《抗抗震规规范》》的楼楼层剪剪力与与层间间位移移比计计算。。方法2：按《高高规》》附录录E的剪切切刚度度比计计算。。《抗震震规范范》第第6.1.14条文文说明明中建建议：：当进行行方案案设计计时，，侧向向刚度度比可可采用用剪切切刚度度比估估算。。1.1。地地下室室的特特点和和约束束模型型上部结结构与与地下下室共共同组组成一一个承承载力力体系系，具具有共同的的位移移场，相互互协调变变形。地下室室外回填土土对结构构有一一定的的约束作用。且回回填土土的约约束作作用从从上倒倒下越越来越越强。。回填土土只对对结构构的侧向变变形有约束束，对对竖向向变形形没有有约束束。地下室室侧向向约束束程度度的变变化1、高高规5.3.7条，，地下下室顶顶板作作为上上部结结构的的嵌固端端时，地地下室室结构构的楼楼层侧向刚刚度不应小小于相相邻上上部结结构楼楼层侧侧向刚刚度的的2倍倍。2、地下室室某一一层顶顶板作作为上上部结结构嵌固端端。用的的很少少。3、半半地下下室应应从严严处理理，即即不考考虑有有回填填土一一边的的侧向向约束束作用用。简化分分析模模型满足层层刚度度要求求的简简化单边有有回填填土的的简化化协同工工作分分析模模型通过对对地下下室部部分施施加侧侧向弹簧约约束，考虑虑地下室室外的的回填填土对对结构构有一一定的的约束束作用用。回填土土的约约束与与土的的压缩模模量有关。。程序采采用简化方方式模模拟地下室室的侧侧向约约束。。地下室室层数数定义义地下室室约束束刚度度定义义回填土土对地地下室室约束束相对对刚度度比：：这个参参数反反映了了侧向向土对对结构构侧向向的约约束作作用。。约束：可以以用一一种刚刚度表表示，，当刚刚度越越大，，反映映在结结构上上就是是变形形越小小，当当刚度度很大大时，，变形形将趋趋于零零。反反过来来约束束加在在结构构上也也是这这个现现象。。所以以，约束可可以用用刚度度来模模拟。。相对刚刚度比比：反映约约束与与层刚刚度的的比值值，如如认为为约束束产生生的等效刚刚度是层刚度的的2倍倍，该该系数数则填填2。。当需要要无限限约束束，即即侧向向完全全嵌固固不动动。可可以按按负值值填入入。程程序将将按一一个超大数数来放大大约束束的等等效刚刚度，，以达达到无无限约约束、、嵌固固不动动的目目的。。一般小小于10以以下的的约束束均为为有限约约束，地下下室将将会产产生很很小的的侧向向位移移。协同工工作模模型加约束1.2。水平荷荷载作作用及及变形形特征征风荷载载计算算均扣扣除地地下室室的高高度。。地下下室是否约约束、约束的的程度度与风荷荷载（（外力力）计计算无无关。。程序自自动考考虑：：1。地下室室部分分的基基本风风压为为零；；2。在地上上部分分的风风荷载载计算算中，，自动动扣除除地下下室部部分的的高度度，地地下室室顶板板作为为风压压高度度变化化系数数的起起算点点。结构在在地震震作用用下的的反应应（周周期、、振型型、位位移、、内力力）受受地下室室外的的回填填土约束程程度的影响响。由地下下室质质量产产生的的地震震力，，主要要被室室外的的回填填土吸收。在控制制结构构剪重比比时，不不考虑虑地下下室质质量。。即不不考虑虑地下下室楼楼层的的剪重重比。。地下室室的剪剪重比比可以以不予予考虑虑越向下约约束程程度越越大，，地震震反应应越小小程序仍仍然给给出调调整，，但影影响不不大地下室室也可可以不不调整整水平位位移的的影响响———有限限约束束越向下约约束程程度越越大，，位移移趋于于0竖向位位移没没有影影响竖向位位移不不受侧侧向约约束的的影响响，所所以仍仍然较较大在水平平力作作用下下地下下室约约束的的变形形特征征1.3。竖竖向荷荷载作作用及及变形形特征征对于一一般结结构而而言，，地下下室外外的回回填土土约束束对竖向荷荷载作作用几几乎没有影影响。当地下下室出出现悬悬挑结结构，，则地地下室室外的的回填填土约约束对对竖向荷荷载作作用有有一定定影响响。所所以，，地下室室不应应有悬悬挑结结构。地下室室与上上部结结构整整体分分析，，是首首选。。因为为竖向向变形的的协调调是非常常重要要的。。当地下下室体体量、、面积积很大大时，，与上上部结结构所所占面面积差差异太太大，，如超超大地地下室室、底底盘等等，此此时可以根根据上上部结结构的的底面面积取取外伸伸2～～3跨跨作为为地下下室，并与与上部部结构构共同同分析析。定义地地下室室定义侧侧向约约束竖向位位移协协调传基础础力更更合理理上部结结构与与地下下室共共同分分析，，对超超大地地下室室采用用局部部地下下室与与上部部结构构共同同分析析，对对于传传基础础荷载载也是是可行行的。。分开计计算，，将导导致竖竖向荷荷载局部的的不协协调性，与与整体体分析析将产产生差差异。。2。分析模模型简化的的分离离模型型（有有条件件的））：将上部部结构构与地地下室室分开，分别别设计计计算算。按规范范确定定嵌固层层作为二二者分界。共同工工作分分析（（无条条件的的）：：将上部部结构构与地地下室室作为为一个个整体体，考考虑共同作作用，采用用如下下两种种方式式之一一来考考虑地地下室室外回回填土土对结结构的的约束束作用用。方法1：地下室室水平平位移移的侧侧向嵌嵌固（（-K法）。方法2：地下室室水平平位移移的有有限（（弹簧簧）约约束（（K法）。满足层层刚度度要求求的简简化嵌嵌固端端上移移单边有有回填填土的的简化化不考考虑土土的侧侧向约约束作作用地下室室层刚刚度的的计算算第2层（地地下1层）的的结构构平面面第3层的结结构平平面采用第3种种层刚度度的计计算方方法时时，应应先不不设地地下室室层数数查看所计计算的层层刚度及及层刚度度比值第2层层层刚度（（5.6、5.9）大大于第3层层刚刚度（1.7、、2.5）的2倍，满满足规范范要求，，所以可可以把第第3层底底作为嵌嵌固端。。嵌固端上上移的工工程实例例——满满足层刚刚度的要要求分析模型型的选择择虽然满足足层刚度度比的要要求，但但仍然选择按共同分分析通过对地地下室部部分施加加侧向约约束，考考虑地下下室外的的回填土土对结构构有一定定的约束束作用。。-K型：1-K层侧向嵌嵌固。K型：地下室外外加K倍主元刚刚度，侧侧向约束束。弹簧侧移移约束的的图示选择K型约束，，先定义义地下室室层数选择K型约束，，定义地地下室侧侧向约束束系数分析模型型的选择择方法一般结构构只要地地下室体体量满足建模模容量，最好首首选“上部下部部共同分分析”的计算算模型。。当地下室室体量太大大，或上部部有多个塔塔楼时，宜仍然考考虑“上上部下部部共同分分析”的计算模模型。此此时，地地下室取取上部结结构外围围轮廓向向外2～3跨跨的结构构部分，作为该该塔楼的的地下室室部分。。只要采用用共同工作作的分析模模型，无需考虑虑层刚度2倍（地地下室层层刚度仍仍应大于于上层的的层刚度度）的要要求。当上部多多塔结构构靠的很近近时，宜考考虑与地地下室共共同工作作的分析析模型，，地下室室构件尽尽量简化化，以满满足整体体建模容容量的要要求。地下室侧侧向约束束刚度的的作用地下室侧侧向约束束为什么么能用大大刚度来来模拟？？地下室侧侧向受回回填土的的影响，，当结构构侧移时时，回填填土将对对地下室室部分的的侧移产产生反作作用力（（被动土土压力和和侧向摩摩擦力）），并使使侧移减减少。越越往下，，侧移越越小直至至为0。。这种限制制侧移的的现象可可以理解解为一种种约束。。对结构来来说，刚刚度越大大位移越越小，当当刚度无无限大时时，位移移为0。。所以，刚刚度与约约束是互互通的。。约束强强可以理理解为刚刚度大。。±0.0目前程序序采用的的约束建议修改改后采用用的约束束地下室侧侧向约束束的模拟拟刚度，，应随深深度而增增加结构的嵌嵌固端与与地下室室有什么么关系？？嵌固端是是指对该该点的各各向位移移进行完完全约束束，使之之不能发发生任何何移动。。真实的结结构不具具备这样样的点。。只有相相对不动动点，所所以嵌固固也是相相对的。。抗震规范范第6.1.14条，，对地下下室的刚刚度做了了明确要要求（层层刚度、、梁柱墙墙承载力力配筋的的放大等等）。希希望在大大震作用用下，结结构的（（抗倒塌塌）塑性性铰出现现在嵌固固端。这这是一种种预期的的假设。。实际工程程地下室室刚度有有较大的的不确定定性。半地下室单边有回回填土的的地下室室地下室刚刚度很大大土约束束不住规范本意意，嵌固固端对上上部柱产产生的塑塑性铰形形式由于不能能保证塑塑性铰一一定出现现在±0.0处处，可以以把嵌固端与预设塑性性铰的设计概概念区别别开来。。结构预设设塑性铰铰，可以以通过构构造、配配筋等来来假定。。结构嵌固固端还是是应设在在基础顶顶面。即即，考虑虑上下部部结构的的共同作作用。嵌固端取取在地下下室底面面地下室与与上部结结构共同同建模分分析与侧侧向约束束的关系系？上下部结结构的共共同建模模、分析析，使得得整体结结构具有有相同的的位移场场。上下下部协调调变形，，传力合合理，尤尤其是竖竖向的协协调变形形具有显显著的优优点。如如柱墙轴轴压比的的连续性性等。如果不考考虑侧向向约束，，刚度估估计偏柔柔。有时时位移处处在临界界状态时时，往往往对侧向向约束程程度较为为敏感。。所以，对对上部结结构的分分析、设设计，宜宜考虑地地下室的的侧向约约束。侧向约束束程度应应如何选选择？回填土对对地下室室的约束束程序，，与土质质有关，，实际上上难以确确定。Satwe程序的地地下室参参数“回回填土对对地下室室约束相相对刚度度比”如如果填3，则这这个参数数的含义义是：回填土的的约束取取3倍的的地下室室层刚度度来模拟拟。有时，地地下室的的体量、、刚度本本身就已已经很大大了，再再把其放放大3倍倍作为土土的侧向向约束，，则土的的约束估估计就偏偏大很多多了。建议应根根据工程程的实际际情况取取值。取值范围围宜在0～1之间。3。风、地震震、恒活活荷载作作用计算算风荷载计计算无论地下下室侧向向约束的的程度如如何，地地下室部部分的基本风压压取为0。。在地上部部分的风风荷载计计算中，，自动扣除地下室部部分的高高度，地地下室顶顶板作为为风压高高度变化化系数的的起算点点。结构在风风荷载作作用下的的效应（位移、、内力）），受地下室侧向约束束的程度度的影响。。地下室对对风荷载载计算的的影响地下室顶顶板地震作用用计算结构的地地震作用用效应（周期、振振型、位位移、内内力）受地下下室侧向约束束约束程程度的影响。。由地下室室质量产产生的地地震力，，主要被被室外的的回填土土吸收。程序执行行抗规（（5.2.5））控制结结构的““最小剪重重比”时，地地下室部部分也考考虑在内内，即自自动放大大地震作作用。注意：地下室剪剪重比不不满足规规范要求求，不作作为结构构不合理理的标志志。用K型约束方法法考虑回回填土作作用时，，地下室室地震作作用减小小，但并并非没有有！地下室对对总地震震作用的的影响若地下室室约束刚度度比填零，则则对总地震作用用无影响响。若地下室室约束刚度度比大于于零，则根据据约束强弱弱调整地地震作用用，约束越越强，地地下室地地震作用用考虑越越少，约约束非常常大时，，相当于于不考虑虑地下室室地震作作用。若地下室室约束刚度度填负整整数M，则对底部部M层地下室室的水平平位移和和扭转角角作完全全嵌固，，从而也也就完全全不考虑虑底部M层的地震震作用（（M<=MBASE）。。地下室顶顶板ABC不同地下下室侧向向约束刚刚度比下下的地震震作用示示意恒活荷载载作用计计算正确理解解(-K法)嵌固的的含义（（水平嵌固固；竖向向可变形形）。地下室部部分竖向向构件的的轴向变形形和转动会会导致上上部结构构恒活作作用内力的重重分布。对于一般般规则结结构，地地下室外外的回填填土约束对竖竖向荷载载作用影影响很小小。对于不规规则结构构，地下下室外的的回填土土约束对对竖向荷荷载作用用有一定定影响，，在计算算中由程程序自动反映这一一特点。。地下室的的约束传传力地下室的的侧向约约束是如如何影响响水平力力传递的的？当地下室室侧向施施加约束束时，水水平剪力力将随着着约束而而减少，，约束越越强，上上部结构构传到地地下室的的剪力越越小，直直至为0。即，，约束刚刚度将吸吸收剪力力。上部结构构传到地地下室顶顶面的剪剪力侧向约束束传到土土体内的的剪力上部结构构传到地地下室的的剪力4层地下室的的超高层层结构所观察的柱柱4层地下室的的超高层层结构所观察的柱柱地下室上上层，第第5层的的柱内力力柱剪力柱弯矩地下1层层，第4层的柱柱内力柱剪力柱弯矩地下2层层，第3层的柱柱内力柱剪力柱弯矩地下3层层，第2层的柱柱内力柱剪力柱弯矩地下4层层，第1层的柱柱内力柱弯矩柱剪力由柱的弯矩、剪剪力随地地下室楼楼层的变变化，可可以看到到弯矩在地地下室楼楼层中急急剧减小小。剪力在在地下室室1层有有应力集集中现象象，导致致地下室室1层的的剪力反反而有所所增加，，再往下下的变化化规律与与弯矩的的变化一一致。这种充大刚度度模拟约约束的方式，，容易在在地下室室1层刚刚度突变变，造成成剪力的的应力集集中，产产生大于于上1层层（±0.0层层）的剪剪力。地下室结结构设计计和剪力力的调整整地下室设设计剪力力应如何何确定？？在《建筑筑抗震设设计手册册》（按按GB50011-2001编写写）中的的第第352页页，，有有关关““基基础础及及地地下下室室结结构构的的抗抗震震设设计计要要求求””中中提提出出了了地地下下室室结结构构抗抗震震设设计计要要求求。。如如下下图图所所示示：：上部部结结构构传传到到地地下下室室顶顶面面的的剪剪力力、、弯弯矩矩作用用在在有有整整体体基基础础的的主主体体结结构构地地下下室室底底部部总总地地震震剪剪力力V为：：———主主体体结结构构在在地地下下室室顶顶部部的的地地震震剪剪力力；；———主体体结结构构地地下下室室引引起起的的底底部部地地震震剪剪力力；β————地下下室室结结构构地地震震作作用用降降低低系系数数；；α1———主体体结结构构按按结结构构基基本本自自振振周周期期的的水水平平地地震震影影响响系系数数；；GB———主体体结结构构地地下下室室的的重重力力荷荷载载代代表表值值。。地下室层数1234β10.90.850.80这是是一一种种手手算算的的方方法法。。还还是是比比较较繁繁琐琐的的。。基于于这这样样的的设设计计思思想想，，地地下下室室的的设设计计剪剪力力在在采采用用软软件件计计算算时时，，可可以以按按以以下下方方法法操操作作：：（1））给地地下下室室部部分分的的侧侧向向施施加加较较大大的的约约束束，，来来分分析析上上部部结结构构的的周周期期、、地地震震力力、、位位移移、、内内力力等等，，并并对对上上部部结结构构进进行行配配筋筋、、验验算算的的设设计计；；（2））给地地下下室室部部分分的的侧侧向向施施加加很很小小的的约约束束（（模模拟拟β的折折减减）），，或或不不加加侧侧向向约约束束，，对对结结构构进进行行整整体体分分析析。。此此时时只只对对地地下下室室部部分分进进行行配配筋筋设设计计。。上部部结结构构分分析析时时地地下下室室的的侧侧向向约约束束模模型型建议议修修改改后后采采用用的的侧侧向向约约束束模模型型上部部结结构构设设计计的的分分析析模模型型地下下室室分分析析采采用用微微约约束束或或无无约约束束分分析析模模型型地下下室室设设计计的的分分析析模模型型地下下室室上上层层，，第第5层层的的柱柱内内力力柱剪力力柱弯矩矩地下下1层层，，第第4层层的的柱柱内内力力柱剪力力柱弯矩矩地下下2层层，，第第3层层的的柱柱内内力力柱剪力力柱弯矩矩地下下3层层，，第第2层层的的柱柱内内力力柱剪力力柱弯矩矩地下下4层层，，第第1层层的的柱柱内内力力柱剪力力柱弯矩矩4。。地下下室室抗抗震震控控制制地下下室室的的抗抗震震等等级级（抗抗震震规规范范第第6.1.3条条））。。当地地下下室室顶顶板板作作为为上上部部结结构构的的嵌嵌固固部部位位时时，，地下下一一层层的的抗抗震震等等级级应应与与上上部部结结构构相相同同，地地下下一一层层以以下下的的抗抗震震等等级级可可根根据据具具体体情情况况采采用用三三级级或或更更低低等等级级。。地下下室室无上上部部结结构构的部部分分，，可可根根据据具具体体情情况况采采用用三三级级或或更更低低等等级级。。地下下室室抗抗震震等等级级和和截截面面控控制制构造造要要求求（抗抗震震规规范范第第6.1.14条条））地下下室室柱柱截截面面每每侧侧的的纵纵向向钢钢筋筋面面积积，，除除应应满满足足计计算算要要求求外外，，不应应少少于于地上上一一层层对对应应柱柱每每侧侧纵纵向向钢钢筋筋面面积积的的1.1倍。。地上上一一层层框框架架结结构构柱柱和和抗抗震震墙墙墙墙底底截截面面的的设设计计弯弯矩矩值值应应符符合合6.2.3、、6.2.6、、6.2.7条条规规定定。。位于于地地下下室室顶顶板板的的梁柱柱节节点点左左右右梁梁端端截截面面实实际际受受弯弯承承载载力力之之和和不不宜宜小小于于上上下下柱柱端端实实际际受受弯弯承承载载力力之之和和。地下下室室强强柱柱弱弱梁梁、、强强剪剪弱弱弯弯的的调调整整系系数数有关关调调整整底层层柱柱、、墙墙内内力力的的调调整整：：A在００.0标标高高处处；；B结构构最最底底部部。。框支支柱柱的的地地震震力力调调整整。。剪力力墙墙底底部部加加强强区区。。剪力力墙墙底底部部加加强强区区的的控控制制现在在的的版版本本中中，，地地下下室室是是否否作作为为剪剪力力墙墙底底部部加加强强区区由由剪剪力力墙墙底底部部加加强强区区起算算层层号号决定定。。地下下室室以以上上底底部部加加强强区区的的范范围围按按照照高高规规决决定定。。HS———加强强区区高高度度。。H1、H2——结构第1、2层层高。HT——转换层高度。。H——结构±0.0以上的总高高度。带框支层的结结构：12345加强区起算层层号为3层，，则加强区范范围为3，4，5层。地下室抗震等等级的调整地下1层以下下的抗震等级级可以放松人防荷载的调调整和作用可以计算多层层人防吗？人人防荷载怎样样调整？可以计算多层层人防，并且且可以通过调调整人防的房房间荷载，实实现人防荷载载的局部作用用。局部人防荷载载作用会影响响到本层的其其它构件吗？？会的。在本层层局部区域加加人防荷载，，本层所有的的构件都会有有影响。而且且也会在设计计时考虑人防防内力。只是是比直接承受受人防的构件件内力要小多多了。SATWE人防参数定义义SATWE人防荷载修改改上部房间的人人防荷载为60下部房间不考考虑人防荷载载SATWE人防荷载修改改后，再次生生成数据时的的保留选择SATWE人防荷载修改改后，上下部部梁人防荷载载下的弯矩图图有人防荷载处，，梁的弯矩无人防荷载处处，梁的弯矩矩人防荷载对相相邻无人防荷荷载构件的影影响人防荷载作用用产生的内力力有人防荷载处，，梁的配筋无人防荷载处处，梁的配筋筋5。地下室外墙平平面外设计恒活荷载作用用结构整体分析析得到的恒活活荷载的轴力力、弯矩。面外土、水侧侧作用按简化方法计计算面外土水水侧压力作用用的弯矩。配筋设计按压弯构件进进行配筋计算算。水土压力分布布水土压力分布布的简化由上层传来的荷荷载1m上下楼板的侧侧向约束由上层传来的荷荷载取单位宽度计算算面外的配筋筋计算模型1———适用于上上沿到上部结结构中的外墙墙计算模型2———适用于只只到地下室顶顶板的外墙外墙的两种不不同的计算模模型，目的是是要保证地下下室外墙具有有足够的面外外配筋地下室外墙面面外配筋的输输出地下室外墙的的竖向分布筋筋（即面外配配筋）地下室人防设设计人防荷载计算算的输入参数数人防计算参数数在“地下室室信息”中定定义，当不计计算人防时，，人防等级、、荷载均应置置0，以免计计算出错。地下室层数与与人防地下室室层数人防层数应小小于等于地下下室层数。考虑了哪些构构件的人防设设计SATWE在结构整体分分析时，可以以考虑人防荷荷载对梁、柱柱和墙的作用用，设计配筋筋将包含了人人防的组合内内力。人防荷荷载对楼板作作用，在整体体分析时不予予考虑，板的的设计将在SLABCAD软件中弯成。。人防作用效应应组合人防荷载作用用的效应组合合可以人工调调整，否则程程序将默认规规范的组合方方式。地下室构件的的人防设计在进行人防荷荷载组合的构构件配筋验算算设计时，根根据不同的混混凝土材料、、钢材，强度度按规范相应应提高。临空墙的人防防作用效应分分析模型对于抗爆的临临空墙，程序序也按照外墙墙的方式处理理。此时6级级人防的临空空墙水平爆力力取110kN/m2，4、5级人防取210kN/m2。地下室顶板人人防荷载下层人防荷载载的局部修改改临空墙定义人防外荷载与与水土压力的的叠加人防层构件的的设计人防构件的弹弹塑性设计是是如何实现的的？《人防规范》》第4.6.1条：对人防构构件可以考虑虑非弹性变形形的塑性重分分布。对按弹弹塑性设计的的构件，可以以按以下两方方面控制实现现：（1）在人防设计内内力进行截面面配筋时，要要考虑混凝土土、钢筋材料料的强度提高高；（2）要根据《人防防规范》第4.6.5条条，控制构件件的计算延性性比（或延性性系数）。人防构件设计计时强