高層建筑中嵌固端的合理選取問題及處理措施探析

譚建寧

（寧夏工業(yè)設計院有限責任公司 寧夏 銀川 750001）

0 引言

在高層建筑結構設計中，確定了基礎埋置深度和結構嵌固端選取的主要影響因素后，要根據(jù)不同結構類型在不同條件下的實際情況分析確定基礎埋置深度和結構嵌固端選取的技術措施。

1 無地下室小高層鋼筋混凝土框架結構嵌固端選取

①高層建筑不設地下室通常是針對層數(shù)有限的小高層，或其基礎持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不宜提倡的。

②在確定這類結構的嵌固端時，要特別注意當嵌固端部位選取高于基礎頂面時的技術分析及處理措施：

1）嵌固部位下部的框架體系，其抗震等級應按上部結構采用。在多遇地震作用下應進行抗震承載力驗算。分別取包括和不包括嵌固端部位以下框架結構體系兩種計算簡圖，取其不利者控制嵌固端處及其以下部分框架梁柱配筋，使該處框架梁在其下部柱柱頂端左右形成的約束彎矩設計值之和不小于嵌固端部位上層柱的下端實際嵌固彎矩的設計值。

2）嵌固端部位以下的框架結構體系應進行罕遇地震下水平位移的驗算。

3）嵌固端部位以下的框架結構體系側向剛度，不應小于相鄰上部結構側向剛度的2倍。側向剛度按主體結構計算，以樓層剪力與該樓層之間位移的比值控制。

4）如為柱下單獨基礎（包括樁基），應沿兩個主軸方向設置基礎系梁并納入框架計算，配筋方式及構造要求同框架梁。

5）嵌固端部位以下的框架柱的截面應等于或大于對應相鄰上部結構的柱截面。每側實際縱向配筋面積，除應滿足計算要求外，還不應小于嵌固端部位上部相鄰柱每側實配縱向鋼筋面積的1.1倍。

6）嵌固端部位處框架梁，及其以下框架柱，基礎系梁的箍筋全跨全高加密，間距不應大于100mm。

7）調(diào)整基礎埋置深度，使嵌固端部位以下的柱高相等。

8）嵌固端部位處以下及基礎底面以上的高度及距周邊基礎外邊緣1.5m包絡范圍內(nèi)回填土的壓實系數(shù)λc及檢測要求，按《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79-2003）執(zhí)行，若嵌固端部位高出室外地面時，應在該水平面處設置厚度不宜小于180mm且雙層雙向配筋，每層每向配筋率不宜小于0.25%的剛性地面。

2 有地下室高層結構嵌固端選取的技術分析及處理方法

地下室是上部結構在地基內(nèi)的延續(xù)，既可為上部結構提供可靠的嵌固，又將上部結構與地下室連接成有機的整體，有效地降低了建筑物的重心，增加了上部結構的穩(wěn)定性，增強了結構的抗震能力。隨著結構體系的日趨多樣化，高層及超高層建筑結構中帶地下室的布置形式也出現(xiàn)了新的變化，使得地下室問題的研究復雜化。

從理論上講，合理的分析方法，應將帶有地下室的建筑結構看成是由地下室和上部結構組成的一個完整的承力體系，滿足靜力平衡條件，具有共同的位移場，相互協(xié)調(diào)變形，只有這樣才能揭示結構體系在外荷載作用下相互制約、彼此影響的內(nèi)在聯(lián)系，從而達到安全、經(jīng)濟的設計目的。帶有地下室的建筑結構嵌固端的選取首先應建立計算分析模型，不同的計算模型真實度和準確度不同。

3 根據(jù)上部結構對嵌固部位的要求選取嵌固端

①當單層地下室為箱形基礎，上部結構為框架、剪力墻或框架-剪力墻結構時，上部結構的嵌固部位可取箱形基礎的頂部。其原因是箱形基礎有較多的相互聯(lián)系的縱橫墻，整體剛度較大，層間側移剛度一般都大于其上部結構的層間側移剛度，能保證建筑物在地震作用下，上部結構進入非彈性階段時，基礎結構始終能承受上部結構傳來的豎向荷載并將其安全分布到地基上。

②采用箱形基礎的多層地下室及采用筏形基礎的地下室，對于上部結構為框架、剪力墻或框架-剪力墻結構的多層地下室，當?shù)叵率业膶娱g側移剛度大于等于上部結構層間側移剛度的1.5倍時，地下一層結構頂部可作為上部結構的嵌固部位，否則認為上部結構嵌固在箱基或筏基的頂部。

③對于上部結構為框架-筒體或筒中筒結構的地下室，當?shù)叵乱粚咏Y構頂板整體性較好，平面剛度較大且無大洞口，地下室的外墻能承受上部結構通過地下一層頂板傳來的水平力或地震作用時，地下一層結構頂部可作為上部結構的嵌固部位。

4 通過分析上下部結構平面投影面積比確定嵌固端

要認真分析上部結構平面在下部結構平面上投影面積的比例大小對嵌固端選取的影響，采取合理的技術處理措施。高層塔樓在地下室頂板上的投影面積比例的大小對將首層地下室作為結構嵌固端的結構有著不同的影響。當該比例大于1時，假如首層地下室頂板符合作為結構嵌固端的其它條件，則該首層作為結構嵌固端就毫無疑問了;但當上述投影面積比例小于或等于1時，說明地下室側限遠離塔樓，塔樓發(fā)生的側向位移將波及到首層地下室頂板并使其發(fā)生變形，即使變形量很小，但嚴格說來首層頂板作為嵌固端的剛度必然小于前一種情況，且變形又增大了上部結構側移的計算值，同時首層骨架構件也會由于自身的變形而產(chǎn)生附加內(nèi)力。因此，作為結構工程設計人員，在實際工程設計中要根據(jù)工程實際情況，通過綜合分析鑒別準確做出相應的結構處理。

5 設置抗震縫解決復雜高層建筑嵌固端的選取

合理設置抗震縫是解決體型復雜、結構布置復雜的高層結構嵌固端的有效技術措施。對于體型復雜、結構布置復雜的結構，嵌固端的選取難度比較大。設置防震縫是解決體型復雜、平面立面特別不規(guī)則的建筑結構的有效辦法。通過防震縫的設置，把一個體型復雜、結構布置復雜的結構變成多個簡單獨立的結構單元，就可以運用以上方法合理選取各單元的嵌固端了。

6 超高層結構嵌固端的選取應保持謹慎的態(tài)度

新的《高層規(guī)程》針對以前的超高問題，除了原來限制高度設定為A級的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的各項控制因素嚴格注意，對結構嵌固端的選取同樣要引起足夠重視。一旦結構為B級高度建筑，甚至超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。結構設計人員要與建筑設計人員密切合作，選用合理的建筑結構方案，同時采用多種計算方法和有效的措施，消除不利影響。

7 選取結構嵌固端要充分考慮多層地下室結構的延性要求

在選取結構嵌固端時，如何考慮多層地下室結構的延性要求是一個比較復雜的問題。地下室結構的延性和上部結構與地下室結構的剛度差別、不同結構體系以及地下室埋深有關。當上部結構為框架或剪力墻結構，地下室結構抗側力剛度較大，四周有鋼筋混凝土擋土墻，地下室頂板整體性較好時，可以考慮上部結構嵌固在地下室頂部，地下室結構應能承受上部結構屈服超強所引起的內(nèi)力?？紤]在強震作用下塑性鉸范圍可能發(fā)展，地下一層的結構構件仍須適當考慮延性措施。一般情況下地下一層以下的地下室結構除滿足承載力要求外，不需考慮延性要求。

8 結束語

總之，在以后的工程設計中，如何考慮在地震力作用下，地基土、基礎和上部結構三者共同協(xié)調(diào)的抗震體系機制和結構計算分析對基礎埋深和結構嵌固端的影響和作用，還有待進一步探討。

［1］陳國興，李方明.從衛(wèi)民.多層建筑物地基震陷的簡化計算方法[J].防災減災工程學報，2004，24(1)：47-52.

［2］王麗濱.埋置深度對箱形基礎設計的影響[D].杭州：浙江大學，2004.

［3］應永法，洋威風.圓形板基礎下地基強度和變形非線性性狀研究[J].巖土力學，2002，23(2)：250-256.