高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取

韓德英 金 麗

（上海城鄉(xiāng)建筑設(shè)計院有限公司大連分院）

高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取

韓德英 金 麗

（上海城鄉(xiāng)建筑設(shè)計院有限公司大連分院）

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，嵌固端的選擇是非常重要，對于高層建筑結(jié)構(gòu)的使用有著重要的意義。高層建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量決定著高層建筑使用壽命，因此，本文著重的對高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選擇進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

高層建筑；嵌固端；選取

1.高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的定義以及意義

1.1 嵌固端的定義

若按計算模型而言，是指除能承受軸力（N）、彎矩（M）、剪力（V）之外，U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、ω（豎向位移）、θ（轉(zhuǎn)角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機(jī)制而言，就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在該預(yù)期部位出現(xiàn)，并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小的軸向力。

1.2 確定嵌固端的意義

嵌固端位置的選取與基礎(chǔ)的x形式和埋深相關(guān)聯(lián)，一般情況選取在基礎(chǔ)的頂面。面臨著越來越激勵的經(jīng)濟(jì)競爭，我過得經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平愈來愈高，城市化水平也隨之提升，伴隨著這些情況而出現(xiàn)的最突出的問題就是日益緊張的土地資源。這就使得所有的地產(chǎn)商將建筑功能和結(jié)構(gòu)抗力方面的要求全部集中在建筑物的不斷向地上空間以及地下空間發(fā)展，從而出現(xiàn)了眾多的地下商場、車庫以及人防工程等地下室高層結(jié)構(gòu)。由于帶地下室高層結(jié)構(gòu)嵌固端的位置與地基約束作用有關(guān)，因此合理考慮地基回填土的約束作用對于保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。

2.嵌固端部位的選取

嵌固端部位選取所需要的前提是要滿足有效的或者是可靠地埋置深度，其位置可以與基礎(chǔ)頂面齊平也可高于它。在嵌固端部位選取高于基礎(chǔ)頂面時，其選取的位置應(yīng)結(jié)合室內(nèi)地溝布置和埋深情況不宜高出室外地面。若高出室外地面，其高差不得大于所設(shè)邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎(chǔ)之間有不超過一層的完整的框架結(jié)構(gòu)體系，并在地震作用下保持彈性工作狀態(tài)。嵌固部位下部和基礎(chǔ)之間的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有足夠的承載力和側(cè)向剛度，能夠抵抗上部框架結(jié)構(gòu)在嵌固部位產(chǎn)生的嵌固端彎矩、剪力和軸力的作用。避免柱塑性鉸向下轉(zhuǎn)移。

2.1 當(dāng)有地下室時

2.1 .1 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位

（1）避免地下室頂板開設(shè)大洞口；地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁

板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)；其樓板厚度不宜小于180mm，

混凝土強(qiáng)度等級不宜小于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

（2）地下室作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，但要保證地下室的抗側(cè)移剛度大于上部結(jié)構(gòu)第一層的2倍;同時從構(gòu)造上采取一定措施,如地下室頂板要保證一定厚度180mm以上；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

2.1 .2 地下室頂板對應(yīng)于地上框架柱的梁柱節(jié)點應(yīng)滿足規(guī)定

（1）地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節(jié)點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應(yīng)大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。

（2）地下一層梁剛度較大時，柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積應(yīng)大于地上一層對應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍；同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應(yīng)比計算增大10%以上；

（3）地下一層抗震墻墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積，不應(yīng)少于地上一層對應(yīng)墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積。

2.1 .3 《建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計文件審查常見問題分析》規(guī)定

《建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計文件審查常見問題分析》P94頁“當(dāng)滿足下列要求時，地下室頂板仍可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位：1.地下室頂板與室外地面的高差小于地下室層高的1/3，且不大于1.0m”。

2.1 .4 《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見及疑難問題分析》規(guī)定

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見及疑難問題分析》P126“（2）若由于地下室大部分頂板標(biāo)高降低較多、開大洞、地下室頂板標(biāo)高與室外地坪的高差大于本層層高的1/3或地下1層為車庫（墻體較少）等原因，不能滿足地下室頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位的要求時”：

(1)地下室頂板標(biāo)高與室外地坪的高差不能太大，極端的情況如半地下室則首層樓面一般不能成為結(jié)構(gòu)嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮；

(2)地下室頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)為梁板體系(即不可設(shè)計成無梁樓蓋)，且該層樓面不得留有大孔洞，樓面框架梁的抗彎剛度要足夠大，樓板也要有相當(dāng)厚度；

(3)地下室側(cè)壁要有良好的側(cè)限，即必須與“地球”有良好的接壤，上述半地下室頂板不能成為結(jié)構(gòu)嵌固端的原因就是不滿足此條件現(xiàn)塑性鉸時的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小軸力。

對于上述條件中對首層樓面框架梁的要求，假設(shè)滿足《抗震規(guī)范》第6．1．14條“位于地下室的梁柱節(jié)點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和”的要求，對于高層建筑來說，由于首層處的柱截面往往遠(yuǎn)大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗彎鋼筋用量，上述要求仍很難滿足。就此要求而言，則只有多層或小高層建筑才有可能以首層頂板作為結(jié)構(gòu)的嵌固端，而真正意義的高層建筑則完全排除了這種可能性。

2.2 當(dāng)不設(shè)地下室時

眾所周知，小高層建筑以承受水平風(fēng)荷載或水平地震作用為主，為穩(wěn)定和抗傾覆能力，必須考慮基礎(chǔ)的有效埋置深度。多層建筑以承受豎向荷載為主，一般可不考慮基礎(chǔ)有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類型和用途（對不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設(shè)備基礎(chǔ)等）；作用在地基上的荷載大小和性質(zhì)；工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件（持力層的埋深，地下水性質(zhì)和埋深等）；相鄰房屋和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)埋置深度；季節(jié)性凍土地基的凍脹和融陷等因素的制約，使框架基礎(chǔ)埋置深度較大，引起底層柱的長度相應(yīng)增加較多。當(dāng)無地下室時，如底層柱斷面尺寸不變，相對相鄰上層柱的線剛度減小，影響水平位移的控制。如保持線剛度不變，比起相鄰上層柱需增大底層柱的斷面尺寸。加之柱子埋在土中，不能充分利用其圍合的空間，經(jīng)濟(jì)效益無法合理體現(xiàn)。這一情況，在設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)，至今沒有得到很好解決。高層建筑不設(shè)地下室通常是針對層數(shù)有限的小高層，或其基礎(chǔ)持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不宜提倡的。

(1)不管是采用天然地基基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，都是以基礎(chǔ)(承臺)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，且必須在該標(biāo)高處的縱橫方向設(shè)置剛度較大的基礎(chǔ)梁加以連結(jié)，故首層層高應(yīng)從基礎(chǔ)面算起；

(2)若基礎(chǔ)(承臺)面標(biāo)高與首層標(biāo)高有一定距離而不設(shè)基礎(chǔ)梁連結(jié)或其剛度過小，則地面標(biāo)高處應(yīng)設(shè)有剛性地面來作為結(jié)構(gòu)嵌固端，首層層高可從地面層算起。若不設(shè)剛性地面，則上部結(jié)構(gòu)無從形成嵌固端，也即結(jié)構(gòu)計算簡圖不成立，設(shè)計上顯然是不允許的。

以上列舉的條件無非是說明要成為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，其下部結(jié)構(gòu)必須具有足夠的剛度以保證柱根之間不產(chǎn)生相對位移，且能承受或平衡柱根彎矩。規(guī)范中規(guī)定“當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時，地下室結(jié)構(gòu)的樓層側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層側(cè)向剛度的二倍”正是基于這一考慮。

3.結(jié) 語

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計施工合理否與，直接決定著高層建筑使用壽命和建筑本身的安全性，高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端是結(jié)構(gòu)中鏈接部分，結(jié)構(gòu)嵌固端的確定對結(jié)構(gòu)計算結(jié)果的影響也相當(dāng)大，其細(xì)節(jié)的處理對于體系的可靠性發(fā)揮著重要的作用，因此，選取要做慎重的分析之后再定奪，確保高層建筑結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量。

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[2]王曉萍. 談對高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取[J].中小企業(yè)管理與科技(上半月).2008(03)

[3]孫嘉琦,王麗.高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取及相關(guān)技術(shù)問題[J].黑龍江科技信息. 2008(19)

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1007–6344（2015）01–0150–01