地下室上部结构嵌固部位的确定

地下室顶板不能作为上部结构嵌固部位时，如何确定新的嵌固部位?不作为上部结构嵌固部位的地下室顶板是否可按一般楼板处理?

地下室顶板不能作为上部结构嵌固部位时，嵌固部位应下移至具备嵌固必要条件(该楼层的整体性强、楼层无大洞口、楼层的侧向刚度与地上一层的楼层侧向刚度比不小于2.0)的楼层。同时应考虑地下室实际存在的嵌固作用，对地下室顶板仍宜按嵌固部位楼层要求设计，其楼板厚度不宜小于160mm。

[问题分析]

1.地下室项板作为上部结构的嵌固部位时，《抗震规范》第6.1.14条提出下列基本要求:

1)“地下室顶板应避免开设大洞口”。此规定的目的就是要确保嵌固层的整体性。常有建筑因设置下沉式广场、商场自动步梯设置等导致楼板开大洞，对楼板整体性削弱太多，迫使嵌固部位下移。

2)“应采用现浇梁板结构，其楼板厚度不宜小于180mm,混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0. 25%”。对楼盖结构形式、楼板厚度及配筋提出详细要求，其目的就是要通过采取结构措施，加强楼层的平面内和平面外刚度并确保楼层整体性的实现。梁板结构的楼层平面外刚度较大，地震作用下，楼板的面外变形较小，符合刚性楼板的假定，有利于传递水平地震剪力。相对于梁板结构而言，无梁楼盖结构的面外刚度较小，难以符合刚性楼板假定的基本要求(当无梁楼盖的楼板足够厚，如楼板厚度不小于跨度的1/20且不小于180mm时，可认为其属于梁板结构(注意:应与施工图审查单位沟通)。当采用现浇空心楼板时，空腔上、下实心混凝土板的最小厚度均不得小于90mm (并应满足防水要求)，因此，作为，上部结构嵌固部位的地下室顶板，主楼范围及与之相连裙房地下室顶板的相关范围应采用现浇梁板结构，裙房地下室顶板的其他范围可采用无梁楼盖结构。其中的“相关范围”指距主楼三跨且不小于20m的范围(见图3.1.5-1d)。

地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室顶板厚度也不宜过厚，否则将导致地下室顶板配筋过大(因要满足每层每个方向的配筋率不宜小于0. 25%的基本要求)。《抗震规范》指出:当柱网内设置多道次梁时，板厚可适当减小(如至160mm)。

3)地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。注意:对“侧向刚度的2倍”的要求可理解为有效数字满足2倍，即地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部楼层侧向刚度的1.5倍，这样与《筏基规范》的规定相吻合。对大底盘多塔楼结构，其中的每一栋塔楼均应满足侧向刚度比的要求(相关问题见第3.6.4条)。

还应注意:“地下室结构的楼层侧向刚度”指结构自身的刚度，在确定上部结构嵌固部位时，楼层侧向刚度比的计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用。见图3.1.5-2a。

事实上，回填土对地下室结构的约束作用很大，一般情况下可按地下室结构自身刚度的3~5倍近似考虑。因此，地下室结构与周围回填土的总刚度要比地下室结构的自身刚，度大许多。比较可以发现，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土影响的地下室总侧向刚度为上部结构的4.5倍以上;而当地下室顶板不能作为上部结构嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土约束的地下室总侧向刚度，一般情况下也不会小于上部结构的3倍。因此，地下室顶板处对上部结构的嵌固作用是客观存在的，是否作为.上部结构的嵌固部位，考察的只不过是这种嵌固作用的强弱问题。无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，结构设计中均应该考虑地下室顶板处实际存在的嵌固作用，采取相应的加强措施。

4)《抗震规范》第6.1.14条规定:“地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍”(见图3.1.5-26b)，本条规定的根本目的就是为了确保嵌固端的塑性铰(上部结构最后出现的柱根塑性铰)出现在上柱的下端。

5)地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍。此规定与上述4)配合，其目的就是要确保塑性铰只能在上柱底部截面出现，见图3.1.5-3。但本规定以配筋控制柱截面实际受弯承载力的办法，实际上只适合于嵌固端上下柱截面不变的情况。而通常情况下，地下室柱有条件加大。加大柱截面面积与加大配筋同样可以达到提高地下室柱截面的实际受弯承载力的目的。因此，若能规定地下室柱的实际受弯承载力不应小于相应地上柱的1.1倍(见图3.1.5-4)，则概

念更为清晰，也便于操作。

加大地下室柱纵向钢筋时，应将地下室增加的纵向钢筋在地下室顶层梁板内弯折锚固，避免同时对一层柱底截面实际受弯承载力的加大。现有设计单位采用直接将上部结构柱根配筋放大1.1倍作为地下一层和其上一层的框架柱配筋，以实现规范对地下室框架柱截面的纵向配筋要求，这种做法与规范的初衷正相反，更加剧了地下室顶层框架柱及框架梁的负担，对嵌固端“强梁弱上柱”机制的实现极为不利。

在柱配筋详图设计中通常用平面绘图法，采用图集如16G101-1时，应在柱详图中标注出地下一层增加的钢筋，避免施工时按地面以上柱变配筋的做法(多出的钢筋在不需要的楼层内搭接或锚固)，必要时宜在结构设计总说明或柱详图中补充图3.1.5-3。

有资料指出“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下室层数不宜小于2层”。

事实上，某些仅一层地下室的结构其上部结构的嵌固部位选择在地下室顶板也是合理的(如:四周具有一层纯地下室的多、高层建筑，其地下室结构的楼层侧向刚度远大于首层)，故判别上部结构的嵌固部位的主要指标应是地下室楼层结构的整体性和结构的上下刚度比，在不可能设置多层地下室时一般可不考虑此项要求。

2.当地下室顶板不能作为上部结构嵌固部位时，对地下室顶板及嵌固部位楼板的要求，规范未作具体规定。应根据工程经验确定，当无可靠工程经验时，可参照以下做法设计:

1)上部结构嵌固部位的确定

按地下室楼层结构的整体性和结构的楼层侧向刚度比来确定上部结构的嵌固部位，即:可依次验算地下二层及以下各层对上部结构首层的楼层侧向刚度比，当满足γ≥2时，便可确定上部结构的嵌固部位(见图3.1.5-5)。注意:这里考察的是对上部结构的嵌固部位，因此是对“上部结构首层”的刚度比，而不是对地下二层(或以下楼层)的相邻上一层。

2)计算要求

当上部结构的嵌固在地下一层的地面时，仍应考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用，应取不同嵌固部位(地下一层的地面和地下室顶板顶面)分别计算，取不利值设计。

3)构造做法

(1)对地下室顶板，除顶板厚度可适当降低至不小于160mm外;其他均可按《抗震规范》第6.1.14条对楼板的要求设计。

(2)地下室顶板层的梁可不满足规范对嵌固部位梁的要求，按一般楼层的梁进行抗震设计。

(3)地下一层柱的配筋，应不小于地下室顶面作为上部结构嵌固部位计算时，地上一层柱的配筋。

4)当地下二层对首层的楼层侧向刚度比γ≥2时

(1)地下二层的顶板应按《抗震规范》第6.1.14条要求设计，即地下二层顶板满足嵌固部位楼板的要求。

(2)地下二层顶板层的梁、柱，应满足规范对嵌固部位梁、柱的要求。

5)当地下一层的地面作为上部结构的嵌固部位时，地下一-层及地下二层的抗震等级应与首层相同，地下三层及以下各层的抗震等级可取三级或四级，有条件时可适当提高在嵌固部位以下(尤其是紧邻嵌固部位)楼层的抗震等级。

6)当上部结构的嵌固部位在地下二层顶板以下时，上述1) ~5)各步骤相应调整。

3.关于上部结构嵌固部位的问题讨论

1).上部结构的嵌固部位，理论上应具备下列两个基本条件:

(1)该部位的水平位移为零;

(2)该部位的转角为零。

2)从纯力学角度看，嵌固部位是一个点或一条线(如果拿这一死标准去衡量工程实际中的嵌固部位，显然很难满足)，而从工程角度看，嵌固部位是一个区域，只有相对的嵌固，没有绝对的固定(实际工程中不存在纯理论上的绝对嵌固部位)。

3)地下室顶面通常具备满足上述嵌固部位要求的基本条件，一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面。

地下室顶板作为,上部结构的嵌固部位时，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构设计经济性好。有网友提出为节省工程造价可以采用降低嵌固部位的办法。其理由是降低结构的嵌固部位可以减小地下室的加强区域高度。其实这是错误的，明显没有考虑上述2中应采取的相应结构措施，因而是不合适的，也是不安全的。

嵌固部位在地下室顶面是最经济最合理的选择，这也就是为什么一般工程都应该选择地下室顶面作为嵌固部位的原因。嵌固部位越降低，总加强范围越大，因而结构的费用越高。

4)当地下室顶面无法作为上部结构的嵌固部位时:

(1)当为一层地下室时，可按《筏基规范》的要求将嵌固部位取在基础顶面;

(2)当为多层地下室时，可按图3.1.5-5的建议确定上部结构的嵌固部位。图3.1.5-5中的要求，就是在-定区域内满足对上部结构的侧向刚度比要求。而在嵌固端确定后的结构设计时，应考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献及地下一层对上部结构实际存在嵌固作用，对地下室顶板采取相应的加强措施，对首层及地下一层的抗侧力构件采取适当的加强措施，必要时可采取包络设计方法。

5)当地下室顶面无法作为上部结构的嵌固部位时，对上部结构嵌固部位的确定在工程界争议较大，主要观点如下:

(1)套用《抗震规范》的规定，当下层的抗侧刚度与上层的抗侧刚度比Ki-1/Ki≥2时，则才认为第i层为上部结构的嵌固部位。粗看起来上述观点似乎很有道理，其实不然，地下室的抗侧刚度之所以在通常情况下能大于首层许多，是因为，地下室通常设有刚度很大的周边混凝土墙，-般情况下很容易满足K-1/Ki≥2的要求。但是，在地下室平面没有很大突变、不增加很多混凝土墙的情况下，要实现地下二层或以下各层其下层的侧向刚度大于上层2倍，则几乎是不可能的，最后的结果只有一个，那就是嵌固在基础(或箱基)顶面;

需要说明的是，在施工图审查过程中，当地下一层地面作为上部结构的嵌固部位时，被要求验算地下二层与地下一层的楼层侧向刚度比是否满足≥2，显然这-要求也是不恰当的。

(2)套用《筏基规范》的规定，直接将嵌固端取在基础(或箱基)顶面，或采用计算手段考虑土对地下室刚度的贡献。资料[6]第4.3. 1条规定:“进行结构的内力与位移分析时，结构的计算嵌固端宜设于基础面。有地下室时可考虑地下室外墙的影响，用壳元或其他合适的单元模拟地下室外墙。当地下室层数较多时，可于地下二层及以下楼层设置土弹簧考虑土侧向约束的影响。土弹簧刚度的选取宜与室外岩土的工程性质匹配”。上述做法将带来诸多不确定问题:

①结构总的地震作用效应被放大(作为地方标准若其目的就是要高于国家规范，则可以理解);

②嵌固端取在基础顶面，导致上部结构固定端的下移，抗震设计的强柱根在基础顶面位置，极不合理。把地下室对首层的实际约束作用，等同于刚度变化的一般部位，不合理也不安全;

③嵌固端取在基础顶面时，地下室的抗震等级如何合理确定的问题;

④嵌固端取在基础项面时，对地下室各层的楼板是否应考虑加强问题，加强的原则如何准确确定;

⑤规定过于原则，不方便使用，如:地下一层模拟地下室外墙是否应考虑土对地下室的约束作用、土体弹簀的刚度取值等;

⑥在转换层结构中，造成对底部大空间层数判别的混乱(见本章第3.6.1条分析)。

(3)要求在计算楼层侧向刚度比时考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献，这同样是一个似是而非的问题，若在计算楼层侧向刚度比时考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献(通常取刚度放大系数为3~5，以考虑回填土对地下室结构的约束作用)，则任何时候均能满足Ki-1/Ki≥2的要求，而无须进行楼层侧向刚度比的验算。很明显这一观点是有问题的。

因此，在作为确定嵌固部位量化指标的楼层侧向刚度比计算中，只考虑结构自身的侧向刚度比(不考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献)是合理的。而在嵌固端确定后的结构设计中，应考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献，并进行相关的设计计算。

4.在结构设计计算时应分两步走，第一步(确定嵌固部位时的计算)，先假定结构的嵌固部位在基础顶面，不考虑回填土对地下室楼层侧向刚度的贡献，计算基础顶面以上各层结构自身的楼层侧向刚度比(注意:对大底盘、多塔楼结构，应按相关范围考虑);第二步，(嵌固部位确定后的计算)，根据上述第--步计算的楼层侧向刚度比值确定上部结构在地下室的嵌固部位，并将计算模型中的嵌固部位调整至已确定的嵌固部位楼层，同时考虑回填土对地下室楼层侧向刚度的影响，进行结构及构件的设计计算。

注意:只有地下室才具备对上部结构嵌固的基本条件。上部其他楼层，即便满足刚度比要求也不能成为其上部结构的嵌固部位，而只能作为刚度突变楼层考虑(如大底盘、多塔楼结构的裙房顶等)。

5.与嵌固部位有关的问题

规范中只规定了当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时的各项具体规定，当上部结构的嵌固部位下移时，相关问题可按如下建议处理:

1)对应于《抗震规范》第6.2.3条关于框架结构的“强柱根”要求，地下室项板处仍是上部框架结构的“强柱根”，将此“强柱根”由地下室顶板往下延伸至上部结构的嵌固部位。

2)对应于《抗震规范》第6.1.14条关于“强梁弱柱”的位置，由地下室顶板下调至上部结构的嵌固部位。

3)房屋高度H的起算点为室外地面，与“嵌固部位”无关。实际工程中可考虑“嵌固部位”下移导致地震作用加大等不利因素，适当提高结构的性能设计目标。

4)基础的埋置深度与建筑物高度(即房屋高度) H有关，与“嵌固部位”无关。实际工程中可考虑地基土对房屋约束作用的降低导致“嵌固部位”下移等不利因素，采取适当的验算及加强措施，以确保建筑物的抗倾覆稳定性。

5)对应于《抗震规范》第6.3.9条关于底层框架柱柱根的箍筋加密问题，地下室项板(无地下室时为基础顶面或首层刚性地坪)仍是“底层柱柱根”区域。对上部结构的嵌固部位也应按“底层柱柱根”处理。