探討建筑嵌固部位選取的相關(guān)措施

摘 要：在分析建筑結(jié)構(gòu)時，首先將建筑的嵌固部位確定出來。但是，由于建筑結(jié)構(gòu)不同，嵌固部位的選取也是不同的，如何科學(xué)的選取結(jié)構(gòu)嵌固部位，是分析和計算高層建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；诖?，文章對建筑嵌固部位在設(shè)計中的選取措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：建筑；嵌固部位；設(shè)計；選取措施

在建筑工程中，正確的選擇嵌固端是結(jié)構(gòu)計算模型中的一個關(guān)鍵因素，直接影響了受力狀態(tài)和計算模型的符合程度、結(jié)構(gòu)側(cè)移和結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算結(jié)果的準(zhǔn)確性、局部結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。由于建筑工程設(shè)計地下室或者不設(shè)計地下室都會對固定部位的位置造成影響。因此在使用軟件對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算和分析前，要先對嵌固位置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。

1 嵌固部位簡介

在建筑工程中，嵌固部位指的是預(yù)期性塑性鉸出現(xiàn)的位置。站在理論的角度來說，結(jié)構(gòu)下部嵌固的位置要可以對上部構(gòu)件水平方向上的轉(zhuǎn)角位移和平動位移進(jìn)行控制。所以，要控制好樓層的整體承載力和整體剛度，保證嵌固部位可以通過調(diào)整結(jié)構(gòu)的承載力和剛度，使塑性鉸在預(yù)定的位置出現(xiàn)。

對于沒有地下室的建筑，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，一般設(shè)計在首層底部嵌固上部結(jié)構(gòu)，對于有地下室的建筑物。由于在地下室周邊的擋土墻平面上的剛度比較大，墻外的土體對地下室的約束作用比較強，通常地下室頂部的剛度會產(chǎn)生變化。受到地震影響時，塑性鉸就會從基礎(chǔ)的頂面移動到地下室的某個樓層或者地下室的頂部，對嵌固位置進(jìn)行科學(xué)的分析計算，提升嵌固樓層的剛度，在地下室的設(shè)計方面有著重要的作用。

2 建筑嵌固部位設(shè)計中的選取方法

2.1 有地下室時嵌固端的選取方法

一般情況下，當(dāng)工程建筑有地下室時，會將地下室的頂板作為嵌固端。為了保證嵌固層的整體性，禁止在地下室的頂板開設(shè)過大的洞口。由于很多建筑設(shè)置了商場自動扶梯、下沉式廣場經(jīng)常需要在樓板處開大洞，影響了樓板的整體性，導(dǎo)致嵌固位置下移。

為了提高樓層平面內(nèi)外的剛度，保證樓層的整體性，對于地下室地上結(jié)構(gòu)的一些部分，要使用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，樓板的厚度要在180mm以上，并進(jìn)行雙向配筋。在地震的影響下，由于梁板結(jié)構(gòu)樓層的平面外剛度很大，不會產(chǎn)生比較大的樓板面外變形，和剛性樓板的假定相符合，可以更好的傳遞地震剪力，而無梁樓蓋結(jié)構(gòu)由于面外剛度低，無法達(dá)到剛性樓板假定的相關(guān)要求，所以要求地上結(jié)構(gòu)層的側(cè)向剛度要控制在規(guī)定地下一層測量剛度的0.5倍以內(nèi)。在計算時，不對地下室外墻的約束力進(jìn)行考慮。而在實際的建設(shè)過程中，回填土?xí)Φ叵率业慕Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生比較大的約束力，通?？梢园凑盏叵率医Y(jié)構(gòu)自身剛度的4倍進(jìn)行考慮。所以，地下室結(jié)構(gòu)和周圍土體的總剛度要明顯大于上一結(jié)構(gòu)層的剛度，故地下室頂板處對建筑結(jié)構(gòu)上部產(chǎn)生的嵌固作用是客觀存在的。在對其進(jìn)行考察時，主要是考察嵌固作用的強弱，不管是否選擇，在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，均要對地下室頂板處存在的嵌固作用進(jìn)行考慮，并針對性的進(jìn)行加強。

在地下室的四周，要有和頂板連接的抗震墻，由于地下室混凝土側(cè)壁可以有效的提高樓層的計算剛度，當(dāng)?shù)叵率疑喜拷Y(jié)構(gòu)和地下室外側(cè)壁的距離比較遠(yuǎn)時，在計算樓層的剪切剛度時，地下室外墻不能參與進(jìn)來，在這種情況下，塔樓產(chǎn)生側(cè)向位移會導(dǎo)致首層樓面產(chǎn)生位移，并且變形會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的側(cè)移計算值增加，首層骨架構(gòu)件也會因為出現(xiàn)變形，產(chǎn)生附加內(nèi)力。在設(shè)計時，需要工程師對該結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)的處理。

除了要達(dá)到抗震的計算要求外，地下一層柱截面各側(cè)的縱向鋼筋要大于上層柱縱向鋼筋的1.2倍，并且地下一層節(jié)點左右端和地下一層柱的上端實配抗震受彎承載力的和要在地上一層柱下端實配抗震受彎承載力的1.3倍以上，通過提高柱截面的實際受彎承載力，來保證旨在柱底部截面上出現(xiàn)塑性鉸只。在對此規(guī)定進(jìn)行執(zhí)行時，為了防止增加同一柱底截面的世界受彎承載力，要把在地下室增加的縱向鋼筋在頂層梁板內(nèi)進(jìn)行錨固彎折。

在實際的工程中進(jìn)行運用時，會遇到裙樓樓板和主樓存在降板或錯層的情況，會將1/3層高作為嵌入固段進(jìn)行控制界限的選取。另外，超出室外地坪的地下室頂板高度不允許過高，對于諸如半地下室這種比較極端的情況，一般不將首層路面作為結(jié)構(gòu)的嵌固端。

2.2 沒有地下室時選擇嵌固端的方式

當(dāng)基礎(chǔ)的埋深比較淺的時候，使用樁基礎(chǔ)或天然地基基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)。此時，可以將承臺的頂面結(jié)構(gòu)的嵌固端，并且使用具有良好剛度的基礎(chǔ)梁對此標(biāo)高處的縱橫方向進(jìn)行連接。計算結(jié)構(gòu)時，要從基礎(chǔ)頂面計算首層層高。當(dāng)基礎(chǔ)的埋深比較深的時候，基礎(chǔ)頂面和建筑首層地面的標(biāo)高也比較高，要在地面標(biāo)高的位置設(shè)置剛性地面來作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，一般首層計算高度可以為首層的高度加上室外的高度差或550mm。

2.3 無法將地下室頂板作為嵌固端時選擇嵌固位置的方法

對于單層的地下室來說，在選擇嵌固端時，可以在基礎(chǔ)頂面選擇嵌固部位，這樣可以對基礎(chǔ)頂面的剛度進(jìn)行充分運用，創(chuàng)造出相對靈活的樓面結(jié)構(gòu)選型。即使首層的樓面上有大的孔洞留出，也不會對結(jié)構(gòu)計算的準(zhǔn)確性造成影響。另外，按照規(guī)定要求，上部結(jié)構(gòu)要和地下室負(fù)一層的抗震等級相同，將基礎(chǔ)底板作為嵌固端也不會導(dǎo)致地下結(jié)構(gòu)的造價升高。

對于多層地下室來說，在對結(jié)構(gòu)的嵌固位置進(jìn)行判定時，要對地下室外圍填土可以為地下室提供的剛度進(jìn)行考慮，此外要對地下室下層結(jié)構(gòu)對上層結(jié)構(gòu)實際造成的嵌固影響進(jìn)行考慮，對地下室頂板剛度進(jìn)行加強，使用相應(yīng)的措施對首層和下一層抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行加強，為了進(jìn)一步保證強度，可以使用包絡(luò)設(shè)計的方法進(jìn)行施工。在判斷嵌固端位置是否正確時，首先就要求上層抗側(cè)剛度和下層抗側(cè)剛度比要大于2，但是在工程的實際應(yīng)用中，一般情況下，多層地下室的平面結(jié)構(gòu)變化不大，不需要增加過多的剪力墻，想要使地下二層的側(cè)向高度超出上層剛度的兩倍是很難實現(xiàn)的。這樣只會導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計結(jié)構(gòu)時，出現(xiàn)一些爭議性比較大的問題：

（1）如何確定地下室的抗震等級，是否需要對各層的樓板進(jìn)行加強，具體的加強原則是什么。在地下一層對上部結(jié)構(gòu)實際存在的嵌固作用下，這些問題是不可回避的。（2）建筑總地震作用效應(yīng)被提高，在基礎(chǔ)頂面的位置出現(xiàn)了抗震設(shè)計的強柱根，缺乏合理性，將地下室對首次產(chǎn)生的制約效果和一般部位的剛度變化歸為一類，缺乏合理性，對建筑結(jié)構(gòu)的安全也有比較大的影響。（3）在對地下一層對上部結(jié)構(gòu)造成的嵌固影響時，采取降低加強區(qū)高度的方法也是缺乏安全性和合理性的。所以，嵌固的位置越低，需要加強的范圍也就越大，結(jié)構(gòu)的費用相對來說也就越高，會造成一定的資金浪費。（4）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)中，對嵌固端進(jìn)行下移會導(dǎo)致在判斷空間層數(shù)時，出現(xiàn)混亂的情況。

3 對嵌固端設(shè)計進(jìn)行人工干預(yù)

3.1 嵌固位置計算時的人工干預(yù)

首先假設(shè)嵌固位置位于基礎(chǔ)的頂面，在不對回填土對地下樓層側(cè)向貢獻(xiàn)的剛度進(jìn)行考慮的基礎(chǔ)上，對基礎(chǔ)頂面和以上各層結(jié)構(gòu)自身樓層側(cè)向剛度比進(jìn)行計算。

3.2 確定嵌固位置后的人工干預(yù)

按照第一步計算得到的樓層側(cè)向剛度比確定出的地下室上部結(jié)構(gòu)嵌固位置，對計算模型中的嵌固位置進(jìn)行調(diào)整。同時，分析回填土對地下樓層側(cè)向剛度造成的具體影響，設(shè)計計算結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。

4 結(jié)語

綜上所述，選擇高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌固端會直接對建筑結(jié)構(gòu)的位移、周期、配筋、內(nèi)力等造成影響。通過對以往的施工經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在地下室頂板位置設(shè)置高層建筑的嵌固位置是最為經(jīng)濟的一種選擇。同時這也是為什么大部分的建筑工程都在選擇嵌固位置時，都會選擇地下室頂板。

在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不管選擇什么位置作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，都可以使用結(jié)構(gòu)計算程序得到相對準(zhǔn)確的結(jié)果，從而更加真實的將結(jié)構(gòu)的實際情況反映出來。所以，選擇嵌固端的正確性，會對設(shè)計計算造成比較大的影響。在有關(guān)施工規(guī)定的要求下，在施工過程中，還有一些存在爭議性的細(xì)節(jié)需要進(jìn)行改善，這就要求設(shè)計人員在設(shè)計時，對這些問題進(jìn)行充分考慮，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)良好的建筑工程。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2009.

[2] 傅學(xué)怡.實用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社， 2010.

[3] 王珺，徐勤.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計探討[J].工程與設(shè)計， 2010（06）.

[4] 洪林.淺析如何確定高層建筑的結(jié)構(gòu)底部嵌固部位[J].林業(yè)科技情報，2008（03）.

作者簡介：邱琳（1978.07- ），男，湖南益陽人，結(jié)構(gòu)工程師、國家一級注冊結(jié)構(gòu)師，本科，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。