考虑地下室回填土的约束作用对刚重比、剪重比的影响
郑俊
中冶南方（武汉）建筑设计咨询有限公司，湖北，武汉）
：摘要摘要：对比分析了SATWE软件考虑地下室作用的内力分析方法，结合工程实例对计算结果进行了探讨，提出了要辩证看待程序结果“刚重比”的建议。关键词：刚重比；剪重比；回填土的约束作用；弹性等效侧向刚度
Abstract:ThecomparisonandanalysisontheeffectofthebasementSATWEsoftwareconsideringinternalforceanalysis,combinedwiththeengineeringpracticeofthecalculationresultsisdiscussedsuggeststhedialecticalviewprogramresults\heavythan\advice.KeyWords:justweightratio;cutweightratio;constraintsofbackfillsoilrole;lateralstiffnesselasticequivalent
中图分类号：U415.6文献标识码：A文章编号：
现在设计的高层、超高层等复杂的建筑结构中，通常都带有地下室。很多都是地上为住宅地下为大底盘车库的结构形式。对于这类带地下室的结构形式，采取一种行之有效的结构分析方法，在结构计算中考虑回填土和地下室的影响来正确的分析结构的实际受力状态是非常有必要的。目前使用最多的是PKPM系列中的SATWE软件。然而，设计人员对软件计算的结果要正确的分析，不能盲目的依赖程序以免造成经济损失或结构安全事故。1重力二阶效应和刚重比：
高层建筑结构的稳定设计，主要是控制、验算结构在风或地震的作用下，重力荷载产生的重力二阶效应对结构性能降低的影响以及由此可能引起的结构失稳。所谓重力二阶效应，一般包括两部分：一是由于构件自身扰曲引起的附加重力效应，即效应；二是结构在水平风荷载或水平地震作用下产生的侧移变形后，重力荷载由于该侧移而引起的附加效应，即重力效应。
作者简介:郑俊(1977-)，男，湖北武汉人，中冶南方(武汉)建筑设计咨询有限公司，从事结构设计工作。
（1）《建筑抗震设置规范GB50011-2010》第3.6.3条规定：“当结构在地震作用下的重力附加弯矩大于初始弯矩的10%时，应计人重力二阶效应的影响。
注：重力附加弯矩指任一楼层以上全部重力荷载与该楼层地震平均层间位移的乘积；初始弯矩指该楼层她震剪力与楼层层高的乘积。”（2）《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》第5.4.1条对重力二阶效应作出如下规定：
当高层建筑结构不满足下列规定时，弹性计算分析可不考虑重力二阶效应的不利影响。1、
剪力墙结构、框架-剪力墙结构、板柱剪力墙结构、筒体结构：
(1)
2、框架结构:
(2)
式中：EJd:结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒三角形分布荷载作用下的结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度。H:房屋高度。G、G：分别为第i、j楼层重力荷载设计值，取1.2倍的永久荷载标准值与1.4倍的楼面
作者简介:郑俊(1977-)，男，湖北武汉人，中冶南方(武汉)建筑设计咨询有限公司，从事结构设计工作。
可变荷载标准值的组合值。h：第i楼层层高。Di:第i楼层的弹性等效侧向刚度，可取该层剪力与剪力与层间位移的比值。n:结构计算总层数。
当不满足上述规定时，结构弹性计算时应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。
结构的弹性等效侧向刚度，可近似按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧向刚度折算成竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度。即：
(3)
2剪重比：
《建筑抗震设置规范GB50011-2010》第5.2.5条规定：抗震验算时，结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求：
Veki＝λ∑Gj…………(5.2.5)
j=1n(4)
式中：Veki——第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力；
λ——剪力系数，不应小于表5.2.5规定的楼层最小地震剪力系数值，对
竖向不规则结构的薄弱层，尚应乘以1.15的增大系数；Gj——第j层的重力荷载代表值。3SATWE考虑回填土约束作用的分析方法
PKPM系列中的SATWE软件可以考虑地下室回填土对结构的约束作用，而这种约束作用仅仅约束水平位移，不约束竖向位移和竖向转动。
作者简介:郑俊(1977-)，男，湖北武汉人，中冶南方(武汉)建筑设计咨询有限公司，从事结构设计工作。
SATWE采用两种方法考虑回填土的约束作用。
(1)嵌固水平位移法：降上部结构与地下室作为一个整体考虑，嵌固端取在基础底板处，根据地下室与相邻上部结构楼层侧向刚度比的大小，确定合适位置限定水平位移为零。
（2）弹簧刚度法：将上部结构与地下室作为一个整体考虑，嵌固端取在基础底板处，在每层地下室的楼板处引入水平弹簧刚度，其值的大小反应回填土堆地下室约束作用的强弱。4工程实例
某高层建筑，采用剪力墙结构。地上20层，地下1层，地下室为地下停车库。
本工程采用SATWE软件计算分析，采用两种算法进行比较。第一种算法，计算地下室不单独考虑，定义地下室层数为零。第二种算法，定义地下室层数为一层，回填土约束刚度比为3，考虑回填土对地下室的约束。内力结果如表1-表4.
表1
刚重比
X向刚重比X向刚重比
第一种算法6.335.75
第二种算法4.233.62
表2
最大层间位移角
X向地震Y向地震X向风荷载Y向风荷载
第一种算法1/33021/28491/33261/2285
第二种算法1/36171/30261/34031/2339
作者简介:郑俊(1977-)，男，湖北武汉人，中冶南方(武汉)建筑设计咨询有限公司，从事结构设计工作。
表3
剪重比X向1层Y向1层X向2层Y风2层
第一种算法1.35%1.42%1.25%1.35%
第二种算法0.56%0.59%1.02%1.21%
表4
第一种算法
地震力楼层剪力弯矩15123.5917455.45227565.452345.5615456.562588.45
8155.5618454.568645.47
206458.45229458.44205787.45
地震力74.45945.4594.45894.72
第二种算法楼层剪力弯矩5322.56190482.596848.505573.867155.63
207709.34188920.66200745.45
X向地震（1层）X向地震（2层）Y向地震（1层）Y向地震（2层）
从上述四表结果的对比可以看出，两种计算模型得出的计算结果差异挺大，由此可见选择合适的计算模型对实际工程受力分析是非常关键的。
分析表1发现，采用第二种算法的刚重比变小了，也就是说结构在这种计算模式下偏柔，结构的稳定性变弱。在概念理解上有些疑问，对于同样刚度的建筑物，考虑了土的约束的作用，结构的稳定性应该更加趋于安全，而结果怎么会恰恰相反？
分析表2发现，考虑土的约束作用后，结构的位移都变小了，这和概念上的理解是一致的。
作者简介:郑俊(1977-)，男，湖北武汉人，中冶南方(武汉)建筑设计咨询有限公司，从事结构设计工作。