浅谈建筑半地下室框架结构设计

浅谈建筑半地下室框架结构设计

摘要：为了满足工业建筑的生产功能需求，有时需按照设备布置要求在框架结构中设置半地下室。结合工程实例，对半地下室框架结构的设计进行了介绍，提出了两种设计方案，并分别对计算结果和受力情况进行了对比分析，提出了优化设计的方法，希望能为半地下室框架结构的设计提供参考。

关键词：框架结构；半地下室；优化设计；悬臂式挡墙

0引言

在工业建筑的设计时，通常需要考虑设备数量多、体积大、设备间相互关联等问题。为了满足生产功能需求，保证设备的合理布局，在设计时会根据设备布置要求，考虑在框架结构中设置半地下室。本文以某工程水泵房为例，介绍该水泵房含局部半地下室框架结构的设计方案，并探讨含半地下室框架结构设计中的几个问题。

1半地下室建筑方案设计分析

该水泵房为地上一层，地下部分含局部半地下室，建筑高度为5.9m。室内地坪标高±0.000m，室外地坪标高为-0.150m，地下室底板顶标高为-4.550m（图1）。根据工艺专业的要求该建筑泵房部分地上一层需设置吊车梁对地下部分设备进行吊装，因此地上与地下应当相互贯通，则地下室无顶板。地下室挡墙仅延伸至标高±0.000m，无法满足《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）（2016年版）第6.1.14条规定，不能将顶板设置为上部建筑的嵌固端。

图1 建筑剖面图

本文针对该工程实例，建立两种模型，并对这两个模型的数据进行了对比。方案一，将建筑整体设置为2层框架结构进行建模，采用PKPM软件对结构进行弹性分析，将地下室层数设置为0，在建模时不考虑地下室外墙的作用，地下室外墙分开计算。方案二，将±0.000m以下地下一层外墙输入为剪力墙，将SATWE 的地下室层数设置为1，并将剪力墙定义为地下室外墙。

1.1计算结果对比

通过对两种方案的建模计算，得到以下计算结果：

首先，对两种模型的层间位移角、层间位移、楼层侧向刚度等数据进行对比分析，分析结果显示，第二种方案各项数据均优于第一种方案。

其次，两种模型地下一层框架柱的配筋结果见图2（注：括号内为方案二的计算结果）。

图2 地下一层柱配筋对比图

通过对比方案一与方案二角柱及边柱的配筋计算结果。结果显示角柱和边柱的配筋均有增大，箍筋变化相对较小。其中边柱2的B方向配筋结果显示方案二比方案一增大了2.75倍，H方向增大了1.875倍。

1.2计算结果分析

在方案一中，没有输入地下室外墙，则软件计算过程中不考虑水土荷载等侧

向力对柱的作用力。框架柱受到的侧向力较小，导致计算结果与实际情况不相符，若按照该方案进行配筋，会造成安全隐患。

在方案二中，地下室挡土墙承受的荷载主要有竖向荷载和侧向荷载，侧向荷

载包括土压力、水压等，竖向荷载包括上部结构自重。框架柱对泵房地下室外墙

形成支撑，地下室外墙受到的侧向力传导至框架柱和泵房底板上，则导致框架柱

承受较大的侧向压力。且地下室外墙受到四周的土体约束，导致地下一层的整体

刚度远大于上部结构，使得整个框架结构刚度分布不均匀，容易产生剪切破坏。

因此，方案二的设计也存在一定的局限性。

2半地下室计算方法分析

大多数半地下室框架结构在设计中，挡土墙与框架柱的连接采用刚性或柔性

连接。若采用柔性连接，即挡土墙与框架柱之间设置抗震缝或挡土墙独立于框架

柱而存在，则框架柱不受挡土墙侧压力的影响；反之，若采用刚性连接，则框架

柱会受到影响。

在方案一中，将框架柱与地下室挡墙分开计算，若是考虑挡土墙与框架柱柔

性连接，则可以通过该方法进行计算。但在该工程中对泵房内有防水要求，不能

采用设置抗震缝的方法将二者分开，挡土墙与框架柱应当设计成为刚性连接。采

用该方法进行计算则需提高与地下室挡墙相连接的框架柱的抗剪措施，对框架柱

的箍筋进行加密，或其他的抗剪构造措施，从而避免水平地震作用下的剪切破坏。同时，按照方案二的计算方法，框架整体内力偏大，而方案一整体内力偏小，对

侧向力的考虑欠缺。为了设计结果更贴近实际，也为了保证结构的安全，建议设

计将两种方案进行包络设计。

3半地下室框架结构设计过程中存在的问题及对策

3.1半地下室框架结构与顶板不连接的问题

地下室外墙与顶板不连接或无地下室顶板时，地下室外墙上端为铰接端，无法将嵌固端设置为地下室顶板位置，在计算时应将嵌固端设置为基础底板。在核算地下室外墙配筋时将框架柱及基础底板作为外墙的支撑点，将该体系等同于一边铰接三边固接的受力体系来进行核算。计算时考虑地下室外墙所承受的平面外的水平荷载，将该体系等同于受弯构件进行计算。在满足混凝土结构设计规范的最小配筋率要求的前提下，根据不同的传力方式进行钢筋布置。

3.2悬臂挡墙应用于半地下室框架结构的可能性

将半地下室挡墙设置为悬臂式挡墙可以有效地抵抗半地下室框架结构中的侧向压力。当主体结构采用独立基础时，可将基础间的基础地梁作为悬臂式挡墙的基础，地梁的受力来源于挡墙的垂直、水平荷载和扭矩，在构造措施上对地梁适当加强，可对地梁的箍筋进行全程加密，或提高抗扭腰筋的强度，再对地梁进行计算，以达到承载力要求。此外，在保证满足设计要求的基础下，应当取消建筑基础和墙体之间的夹层，使悬臂式挡墙的作用更加明显。采用理正结构系列软件计算悬臂式挡墙的抗滑移、墙身的承载能力和裂缝宽度，根据计算结果来确定墙体配筋。且应当避免悬臂式挡墙与框架柱相互碰撞，从而对半地下室框架结构造成破坏。

3.3半地下室框架结构出现短柱的问题

当半地下室框架结构在布置时出现短柱的问题，设计人员应当对短柱进行加强。对于短柱的设计，采用电算软件并不完善，因此短柱还需要结合手算结果来设计。当半地下室框架结构中出现短柱时在地震中容易发生剪切破坏，因此，设计人员可通过箍筋加密、提升混凝土标号、采用钢骨混凝土柱等方式提高短柱的承载能力、变形能力，增强短柱的抗震性能，从而提高整个建筑的抗震性能。

4结语

对半地下室框架结构的设计过程中，按照常规的方式进行计算往往会脱离实际，导致设计结果出现偏差。本文结合实际工程，对半地下室框架结构的设计计算方式进行分析，并对设计过程中存在的问题及对策加以介绍，为后续设计人员对半地下室框架结构的设计提供思路。