半地下室框架结构设计研究

【摘要】半地下室由于其可以通过窗户进行自然采光通风，既可以降低工程造价，又能充分的利用地下空间，因此半地下室在无人防要求的建筑上的应用越来越多。本文结合实际工程对半地下室的结构设计谈谈自己的体会。

【关键词】半地下室；框架结构；设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

半地下室对上部结构的约束是非常有限的，因此结构的嵌固端必须取在基础顶部。在建筑的结构计算中，半地下室与上部结构必须整体考虑，从而半地下室的结构选型对整个结构的计算的影响是不可忽略的。本工程的结构计算采用SATWE进行弹性分析。

1工程概述

天津市某工程，地上4层，地下1层(半地下室)，结构总高度19.1m，纯框架结构体系。本建筑的主要功能为办公、住宿以。本项目设防烈度为8度(0.20g)，拟建场地类别Ⅱ类，设计地震分组为第三组。框架的抗震等级为二级。建筑剖面（见图1）。

图1建筑剖面图

2常规设计及存在的问题

对于半地下室的设计通常采用的方法主要有两种：一种(后文称为“方法一”)是在地下室的挡土一侧设置剪力墙，由于建筑上需要通过大窗来进行自然通风采光，所以剪力墙的设置一般只高出填土高度的100mm～300mm，并不是沿底层柱全高设置(见图2)

图2半地下室设计方法一图3半地下室设计方法二

另一种(后文称为“方法二”)就是在主体结构另外设置挡土结构，即挡土结构与主体结构完全脱离，两者一般间距为1.5m以上，保证地震时，互相不发生碰撞(见图3)。

方法一是较早普遍采用的一种设计方法，但在长期的实际运用中，特别是汶川地震后，发现这种结构形式破坏都非常严重，通过理论分析以及结构计算，发现其存在的问题主要表现在以下几方面：

由于地下室设置了刚度比较大的剪力墙，再加上侧向土体的约束，导致底层的侧向刚度较上部几层的刚度大了不少，就整个框架结构来说，刚度是极不均匀的，从而引起结构在变形、内力等效应上也极不均匀，对结构的抗震性能非常不利。

对于底层柱，在水平荷载作用下，由于剪力墙对框架柱的侧向约束，窗户所在的高度范围内就形成了短柱。短柱由于其净高很小，而柱的截面高度又是不变的，从而导致其剪跨比很小(一般都小于1.5，为极短柱)。短柱在地震中大多会发生剪切斜拉破坏，几乎没有延性，是非常不利于抗震的。

基于以上两点，目前在半地下室结构中已严禁采用方法一，并且GB50011-2010建筑抗震设计规范3.7.4条作为强制性条文明确规定在框架结构中应避免出现短柱。为了避免由于方法一所造成的结构对抗震的不利作用，结构设计人员提出了把方法二应用于半地下室的设计中。方法二是现在比较认可、成熟的一套设计思路，但还是有其应用的局限性，主要表现为：

1)由于挡土结构与主体结构完全脱离且必须保持一定的间距，这就要求建筑物的四周预留出一定的空间来满足设计的要求，从而导致了土地的浪费，特别是在城市规划区内，这对业主来说，是非常不情愿的。

2)在填方区，设置独立挡土结构，其挡墙的基础持力层比较深，处理起来非常困难，且造价比较高，很不经济。方法二从结构的安全性来说，是可行的。但对于一些特定的项目，实施起来比较困难，且经济性较差。

3悬臂式挡墙在半地下室结构中的应用

本项目从一开始也是准备采用方法二来实现半地下室的设计，但后来通过对场地及地勘报告的分析，由于项目拟建场地存在上文所述的两点限制，方法二的做法无法实施。在方法一中，可以通过在剪力墙与框架柱之间设置缝隙来消除剪力墙对框架柱的约束，从而避免短柱的出现，且墙的刚度对主体结构整体刚度的贡献就很小了，这样就可以基本上避免方法一存在的问题。但设置缝隙后，墙的受力就不再具有剪力墙的特性了，且缝隙宽度需要科学确定。笔者结合本项目的特点，对悬臂式挡墙做了如下优化：

1)主体结构的基础地梁作为悬臂式挡墙的基础，其挡墙的竖向荷载、水平荷载、扭矩等

均由地梁承受，因此地梁需经专门计算，且在构造措施上也进行了适当加强(地梁箍筋全长加密、抗扭腰筋提高级别等)。经计算，地梁均能满足承载力的要求；2)整个墙体的截面定义为不变截面；3)取消基础与墙体间的加腋。

优化后的悬臂式挡墙能很好的与本项目结合，且满足建筑和结构的需要。悬臂式挡墙对其抗滑移、抗倾覆、墙身的承载力及裂缝宽度进行了验算，均能满足规范要求。

为了保证地震时，悬臂式挡墙对框架柱不形成约束，且避免相互之间的碰撞造成的破坏，缝隙宽度参照GB50011-2010建筑抗震设计规范6.1.4条来确定即按防震缝的宽度进行设置。经计算，8度区框架结构，总高度为19.1m的防震缝宽度为140mm。其缝隙间的防水均采用柔性材料(如沥青及卷材等)。

4结论及建议

本文通过对框架结构中半地下室设计的深入分析，创新性地将悬臂式挡墙应用于此类结构中，并得到了审图中心结构专家的认可，不仅取得了较好的经济效益，也为结构工程师在此类问题上提供了一种新的有效的解决方法。

当然，悬臂式挡墙在框架结构中半地下室的应用也有其适用条件，主要有以下几点：

1)对于地下水位较浅(不低于地梁标高)的场地：一方面由于悬臂式挡墙与框架柱之间的缝隙比较大，防水处理起来比较困难且效果不佳，容易引起渗透；另一方面由于挡墙侧面水压的存在，会导致侧压力大大增加，从而截面尺寸相应增加，可能会与建筑功能发生冲突。

2)半地下室的填土高度不宜过高(最好不要超过4m)，否则悬臂式挡墙的截面必须做成变截面的，会导致地梁尺寸过大，造成不必要的浪费，也同样可能会与建筑功能发生冲突。

3)在场地条件允许的情况下，优先采用方法二。限于时间和设计示例的特殊性，由于个人知识限制，本文难免有不足和片面之处，望请指正。

参考文献：

[1]李志飒，李鑫茂，隋晨。某地下室人防工程钢筋混凝土框架梁裂缝原因分析[J]。四川建材，2013，(1)。

[2]彭红星。如何做好建筑工程地下室的施工技术[J]。门窗，2012，(12)。

[3]孙鑫，于跃.建筑工程地下室结构设计浅析[J]。黑龙江科技信息，2012，(32)。