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1、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、x、 y、 z ）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、 z ）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
2、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
3、。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，
4、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
5、。 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
6、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
7、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
8、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
9、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23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
10、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
11、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，
12、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01之间。,3。风、地震、
13、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
14、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,A,B,C,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
15、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
