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邵弘上部结构与地下室共同工作及地下室设计、人防设计1。地下室结构的特点2。分析模型3。风、地震、恒活荷载作用计算4。地下室抗震控制5。地下室外墙平面外设计1。有地下室结构的特点和变形特征上部结构与地下室组成一个承力体系，具有共同的位移场，相互协调变形。地下室外的回填土对结构侧向有一定的约束作用。地下室楼层侧移刚度通常较大。规范有关规定：嵌固部位如何定？何为嵌固部位————能约束结构所有位移和转角（Dx、Dy、Dz、θx、θy、θz）的部位，称为嵌固部位。何为侧向约束————只约束结构的水平位移和整体扭转（Dx、Dy、θz）的部位，称为侧向约束。当这种侧向约束很大时，也可以称之为侧向嵌固。《抗震规范》第6.1.14条、《高规》第5.3.7条都规定，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。《高规》的“宣贯培训材料”（P5-12）建议：当刚度比不满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件可增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位。地下室侧向刚度比计算：确定嵌固部位《高规》的“宣贯培训材料”（P5-12）建议：方法1：按《抗震规范》的楼层剪力与层间位移比计算。方法2：按《高规》附录E的剪切刚度比计算。《抗震规范》第6.1.14条文说明中建议：当进行方案设计时，侧向刚度比可采用剪切刚度比估算。1.1。地下室的特点和约束模型上部结构与地下室共同组成一个承载力体系，具有共同的位移场，相互协调变形。地下室外回填土对结构有一定的约束作用。且回填土的约束作用从上倒下越来越强。回填土只对结构的侧向变形有约束，对竖向变形没有约束。地下室侧向约束程度的变化1、高规5.3.7条，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。2、地下室某一层顶板作为上部结构嵌固端。用的很少。3、半地下室应从严处理，即不考虑有回填土一边的侧向约束作用。简化分析模型满足层刚度要求的简化单边有回填土的简化协同工作分析模型通过对地下室部分施加侧向弹簧约束，考虑地下室外的回填土对结构有一定的约束作用。回填土的约束与土的压缩模量有关。程序采用简化方式模拟地下室的侧向约束。地下室层数定义地下室约束刚度定义回填土对地下室约束相对刚度比：这个参数反映了侧向土对结构侧向的约束作用。约束：可以用一种刚度表示，当刚度越大，反映在结构上就是变形越小，当刚度很大时，变形将趋于零。反过来约束加在结构上也是这个现象。所以，约束可以用刚度来模拟。相对刚度比：反映约束与层刚度的比值，如认为约束产生的等效刚度是层刚度的2倍，该系数则填2。当需要无限约束，即侧向完全嵌固不动。可以按负值填入。程序将按一个超大数来放大约束的等效刚度，以达到无限约束、嵌固不动的目的。一般小于10以下的约束均为有限约束，地下室将会产生很小的侧向位移。协同工作模型加约束1.2。水平荷载作用及变形特征风荷载计算均扣除地下室的高度。地下室是否约束、约束的程度与风荷载（外力）计算无关。程序自动考虑：1。地下室部分的基本风压为零；2。在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点。结构在地震作用下的反应（周期、振型、位移、内力）受地下室外的回填土约束程度的影响。由地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收。在控制结构剪重比时，不考虑地下室质量。即不考虑地下室楼层的剪重比。地下室的剪重比可以不予考虑越向下约束程度越大，地震反应越小程序仍然给出调整，但影响不大地下室也可以不调整水平位移的影响——有限约束越向下约束程度越大，位移趋于0竖向位移没有影响竖向位移不受侧向约束的影响，所以仍然较大在水平力作用下地下室约束的变形特征1.3。竖向荷载作用及变形特征对于一般结构而言，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用几乎没有影响。当地下室出现悬挑结构，则地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响。所以，地下室不应有悬挑结构。地下室与上部结构整体分析，是首选。因为竖向变形的协调是非常重要的。当地下室体量、面积很大时，与上部结构所占面积差异太大，如超大地下室、底盘等，此时可以根据上部结构的底面积取外伸2～3跨作为地下室，并与上部结构共同分析。定义地下室定义侧向约束竖向位移协调传基础力更合理上部结构与地下室共同分析，对超大地下室采用局部地下室与上部结构共同分析，对于传基础荷载也是可行的。分开计算，将导致竖向荷载局部的不协调性，与整体分析将产生差异。2。分析模型简化的分离模型（有条件的）：将上部结构与地下室分开，分别设计计算。按规范确定嵌固层作为二者分界。共同工作分析（无条件的）：将上部结构与地下室作为一个整体，考虑共同作用，采用如下两种方式之一来考虑地下室外回填土对结构的约束作用。方法1：地下室水平位移的侧向嵌固（-K法）。方法2：地下室水平位移的有限（弹簧）约束（K法）。满足层刚度要求的简化嵌固端上移单边有回填土的简化不考虑土的侧向约束作用地下室层刚度的计算第2层（地下1层）的结构平面第3层的结构平面采用第3种层刚度的计算方法时，应先不设地下室层数查看所计算的层刚度及层刚度比值第2层层刚度（5.6、5.9）大于第3层层刚度（1.7、2.5）的2倍，满足规范要求，所以可以把第3层底作为嵌固端。嵌固端上移的工程实例——满足层刚度的要求分析模型的选择虽然满足层刚度比的要求，但仍然选择按共同分析通过对地下室部分施加侧向约束，考虑地下室外的回填土对结构有一定的约束作用。-K型：1-K层侧向嵌固。K型：地下室外加K倍主元刚度，侧向约束。弹簧侧移约束的图示选择K型约束，先定义地下室层数选择K型约束，定义地下室侧向约束系数分析模型的选择方法一般结构只要地下室体量满足建模容量，最好首选“上部下部共同分析”的计算模型。当地下室体量太大，或上部有多个塔楼时，宜仍然考虑“上部下部共同分析”的计算模型。此时，地下室取上部结构外围轮廓向外2～3跨的结构部分，作为该塔楼的地下室部分。只要采用共同工作的分析模型，无需考虑层刚度2倍（地下室层刚度仍应大于上层的层刚度）的要求。当上部多塔结构靠的很近时，宜考虑与地下室共同工作的分析模型，地下室构件尽量简化，以满足整体建模容量的要求。地下室侧向约束刚度的作用•地下室侧向约束为什么能用大刚度来模拟？•地下室侧向受回填土的影响，当结构侧移时，回填土将对地下室部分的侧移产生反作用力（被动土压力和侧向摩擦力），并使侧移减少。越往下，侧移越小直至为0。•这种限制侧移的现象可以理解为一种约束。•对结构来说，刚度越大位移越小，当刚度无限大时，位移为0。•所以，刚度与约束是互通的。约束强可以理解为刚度大。±0.0目前程序采用的约束建议修改后采用的约束地下室侧向约束的模拟刚度，应随深度而增加•结构的嵌固端与地下室有什么关系？•嵌固端是指对该点的各向位移进行完全约束，使之不能发生任何移动。•真实的结构不具备这样的点。只有相对不动点，所以嵌固也是相对的。•抗震规范第6.1.14条，对地下室的刚度做了明确要求（层刚度、梁柱墙承载力配筋的放大等）。希望在大震作用下，结构的（抗倒塌）塑性铰出现在嵌固端。这是一种预期的假设。•实际工程地下室刚度有较大的不确定性。半地下室单边有回填土的地下室地下室刚度很大土约束不住规范本意，嵌固端对上部柱产生的塑性铰形式•由于不能保证塑性铰一定出现在±0.0处，可以把嵌固端与预设塑性铰的设计概念区别开来。•结构预设塑性铰，可以通过构造、配筋等来假定。•结构嵌固端还是应设在基础顶面。即，考虑上下部结构的共同作用。嵌固端取在地下室底面•地下室与上部结构共同建模分析与侧向约束的关系？•上下部结构的共同建模、分析，使得整体结构具有相同的位移场。上下部协调变形，传力合理，尤其是竖向的协调变形具有显著的优点。如柱墙轴压比的连续性等。•如果不考虑侧向约束，刚度估计偏柔。有时位移处在临界状态时，往往对侧向约束程度较为敏感。•所以，对上部结构的分析、设计，宜考虑地下室的侧向约束。•侧向约束程度应如何选择？•回填土对地下室的约束程序，与土质有关，实际上难以确定。•Satwe程序的地下室参数“回填土对地下室约束相对刚度比”如果填3，则这个参数的含义是：回填土的约束取3倍的地下室层刚度来模拟。•有时，地下室的体量、刚度本身就已经很大了，再把其放大3倍作为土的侧向约束，则土的约束估计就偏大很多了。•建议应根据工程的实际情况取值。取值范围宜在0～1之间。3。风、地震、恒活荷载作用计算风荷载计算无论地下室侧向约束的程度如何，地下室部分的基本风压取为0。在地上部分的风荷载计算中，自动扣除地下室部分的高度，地下室顶板作为风压高度变化系数的起算点。结构在风荷载作用下的效应（位移、内力），受地下室侧向约束的程度的影响。地下室对风荷载计算的影响地下室顶板地震作用计算结构的地震作用效应（周期、振型、位移、内力）受地下室侧向约束约束程度的影响。由地下室质量产生的地震力，主要被室外的回填土吸收。程序执行抗规（5.2.5）控制结构的“最小剪重比”时，地下室部分也考虑在内，即自动放大地震作用。注意：地下室剪重比不满足规范要求，不作为结构不合理的标志。用K型约束方法考虑回填土作用时，地下室地震作用减小，但并非没有！地下室对总地震作用的影响若地下室约束刚度比填零，则对总地震作用无影响。若地下室约束刚度比大于零，则根据约束强弱调整地震作用，约束越强，地下室地震作用考虑越少，约束非常大时，相当于不考虑地下室地震作用。若地下室约束刚度填负整数M，则对底部M层地下室的水平位移和扭转角作完全嵌固，从而也就完全不考虑底部M层的地震作用（M=MBASE）。地下室顶板ABC不同地下室侧向约束刚度比下的地震作用示意恒活荷载作用计算正确理解(-K法)嵌固的含义（水平嵌固；竖向可变形）。地下室部分竖向构件的轴向变形和转动会导致上部结构恒活作用内力的重分布。对于一般规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用影响很小。对于不规则结构，地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响，在计算中由程序自动反映这一特点。地下室的约束传力•地下室的侧向约束是如何影响水平力传递的？•当地下室侧向施加约束时，水平剪力将随着约束而减少，约束越强，上部结构传到地下室的剪力越小，直至为0。即，约束刚度将吸收剪力。上部结构传到地下室顶面的剪力侧向约束传到土体内的剪力上部结构传到地下室的剪力4层地下室的超高层结构所观察的柱4层地下室的超高层结构所观察的柱地下室上层，第5层的柱内力柱剪力柱弯矩地下1层，第4层的柱内力柱剪力柱弯矩地下2层，第3层的柱内力柱剪力柱弯矩地下3层，第2层的柱内力柱剪力柱弯矩地下4层，第1层的柱内力柱弯矩柱剪力•由柱的弯矩、剪力随地下室楼层的变化，可以看到弯矩在地下室楼层中急剧减小。剪力在地下室1层有应力集中现象，导致地下室1层的剪力反而有所增加，再往下的变化规律与弯矩的变化一致。•这种充大刚度模拟约束的方式，容易在地下室1层刚度突变，造成剪力的应力集中，产生大于上1层（±0.0层）的剪力。地下室结构设计和剪力的调整•地下室设计剪力应如何确定？•在《建筑抗震设计手册》（按GB50011-2001编写）中的第352页，有关“基础及地下室结构的抗震设计要求”中提出了地下室结构抗震设计要求。如下图所示：～V～M上部结构传到地下室顶面的剪力、弯矩•作用在有整体基础的主体结构地下室底部总地震剪力V为：•——主体结构在地下室顶部的地震剪力；•——主体结构地下室引起的底部地震剪力；•β——地下室结构地震作用降低系数；•α1——主体结构按结构基本自振周期的水平地震影响系数；•GB——主体结构地下室的重力荷载代表值。～～BVVV～V～BVBBGV1～地下室层数1234β10.90.850.80～～BVVV•这是一种手算的方法。还是比较繁琐的。•基于这样的设计思想，地下室的设计剪力在采用软件计算时，