浅析基础埋深较大时的地下柱处理
王东奥
大连华洋建筑设计有限公司，大连，116011；
[摘要]讨论分析框架结构基础埋深较大时设计过程中应注意的事项，以及如何对框架减小首层框架柱计算高度，增加地下框架柱侧向刚度，使结构更加合理、安全、经济。
[关键词]框架结构；基础埋置深度；侧向刚度；结构嵌固端
无地下室的框架结构设计中，经常遇到基础埋深较大导致首层计算高度过大从而引起一系列的设计计算问题，设计人员在结构设计时如何考虑地基土对框架柱侧向刚度的贡献，采取什么加强措施，才能确保设计计算的合理性。
在无地下室的框架结构中，当基础埋置深度较深时，如果直接将首层结构的计算高度取至基础顶面，则首层结构侧向刚度较小，将出现如：结构的弹性层间位移角计算值过大，不满足规范的限值要求；框架柱配筋过大等一系列计算问题。
回填土的被动土压力对地下框架柱的侧向刚度贡献较大，一般情况下可使框架柱的侧向刚度提高3~5倍。同时当基础埋深较深时，结构的嵌固端直接取在基础顶面也不完全合理，受刚性地坪及地表回填土的影响，地下柱的弯曲变形一般主要集中在地面下接近地表的一定区域内，如图1。
图1基础埋深很大时，地下柱的变形形态
结构设计中可对地下柱及首层地面进行相应处理，并采取必要的结构措施，建议如下：
1）、应优先考虑设置地下柱墩，宜在柱墩顶标高处设置纵横向基础拉梁（见图2）。地下柱墩的截面半径不小于地上柱截面半径的2倍，当为矩形或方形截面柱时，可按等效半径考虑，见表一。结构的嵌固部位取在柱墩顶（即首层柱高下端取至柱墩顶标高，并在柱墩嵌固），墩顶拉梁按基础拉梁设计（可不考虑墩顶拉梁承担柱底弯矩，只考虑其承担框架柱的柱底拉力和梁上的填充墙荷载。），地下柱墩的纵向钢筋不应小于上柱实际配筋的1.1倍。设置地下柱墩使其满足对上部结构的嵌固要求，结构设计概念清晰，且一般情况下地面下具备设置柱墩的条件，结构设计的经济型也好（结构的强柱根在柱墩顶，地下柱墩的抗震等级取三级或四级），应优先考虑。但应注意：地下柱墩设计时应综合考虑地下管线、管沟的布设。
(表一)地下柱墩的截面要求
地上柱 圆柱（半径r） 方柱（边长b） 矩形柱（面积A） 地下柱墩 圆柱截面的半径 2r 1.13b 方柱截面的边长 3.55r 2b
图2地下柱墩的设置
2）、可考虑在首层地面设置拉梁及钢筋混凝土刚性地坪板（“刚性地坪”指可以协调抗侧力构件之间变形的钢筋混凝土板，其厚度不宜小于150mm，混凝土强度等级不低于C20，板配筋不小于双层双向直径10mm间距200mm的钢筋网）（见图3）。结构设计中采用包络设计原则，取下列（a）、（b）的不利值进行配筋。
（a）、地下层按一个结构楼层计算，在SATWE计算中填地下室层数为1，考虑回填土对地下柱侧向刚度的贡献，取刚度放大系数3~5，结构的嵌固部位取为基础顶面。计算结果主要用于对结构弹性层间位移角的判别及地下柱、地下层拉梁的结构设计。此处的地下层拉梁具有拉梁的基本功能及框架梁的属性，应满足拉梁及框架梁的承载要求并应符合框架梁的构造要求。
（b）、计算中取首层拉梁顶面为嵌固部位（在SATWE计算中填地下室层数为1，取刚度放大系数-1。），计算结果主要用于强柱根设计（注意：在无地下室时，《抗震规范》第6.2.3条规定的强柱根在基础顶面。此处应把强柱根上提至基础拉梁顶面，即按有地下室进行计算处理）。地下柱截面的每侧配筋除满足计算要求外，还不应小于地上柱每侧配筋的1.1倍。地下柱的抗震等级同地上一层柱。首层顶面和基础顶面均为上部结构的强柱根区域，应采取相应的结构措施。
图3首层地面设置拉梁及钢筋混凝土刚性地坪板
3）、当在首层地面只设置拉梁而没有钢筋混凝土刚性地坪板（见图4）时，首层地面不符合刚性楼板的假定，梁柱配筋计算时，应采用弹性楼板假定复核。其他设计要求同上述2）。
图4首层地面设置拉梁而没有钢筋混凝土刚性地坪板
图5首层地面设置钢筋混凝土刚性地坪板而没有拉梁
4）、当在首层地面只设置钢筋混凝土刚性地坪板而不设置拉梁（见图5）时，首层地面符合刚性楼板的假定，楼层梁可按虚梁输入，其他设计要求同上述2）。
终上所述，在结构设计中应根据工程具体情况，采取地面下设置柱墩、首层地面设置拉梁、首层地面设置钢筋混凝土刚性地坪等结构措施，减小首层框架柱计算高度，增加地下框架柱侧向刚度，使结构更加合理、安全、经济。以上四种措施中，短柱基础受力明确，构造简单，施工方便，笔者建议首选采用。
参考文献
[1]GB50011-2001建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社,2001
[2]GB2002-2002混凝土结构设计规范[S],中国建筑工业出版社
[3]朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[M].中国建筑工业出版社,2005
[4]中国建筑科学研究PKPMCAD工程部.多层及高层建筑结构空间有限元分析和设计软件SATWE用户手册及技术条件[M].2005
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