高層建筑的嵌固端部位的選取方法

鄒瑩劍

摘 要：目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展市場上高層建筑的增多，高層建筑在地面的嵌固也顯得越來越重要，由于嵌固部位的選取直接影響著建筑結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，因此在設(shè)計過程中選擇嵌固部位時，務(wù)必要按照一定的原則和方法來確保所選的嵌固位置可以滿足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性要求。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地下室；嵌固端

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，嵌固端也就是整個建筑在地面的固定端，主要作用是保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外力，例如風(fēng)荷載效應(yīng)、地震效應(yīng)等的作用下圍繞固定端部不發(fā)生偏移。當(dāng)然，不發(fā)生偏移的情況只存在于理論上，在實際工程中嵌固端只有相對的嵌固，并沒有絕對的固定，建筑物只要偏移量在一定范圍內(nèi)我們即可以認(rèn)為嵌固端滿足要求。在高層建筑進(jìn)行計算時，設(shè)計者要正確選擇建筑結(jié)構(gòu)中的嵌固端，使計算時的模型里假定的嵌固端與實際建筑物的嵌固部位盡量吻合，這將直接影響結(jié)構(gòu)部件中的承載力的分配的準(zhǔn)確性、結(jié)構(gòu)布局的合理性。因此合理選擇高層建筑的固定端是非常有必要的。一般在高層建筑設(shè)計中，無論是從結(jié)構(gòu)受力分析來說還是從建筑經(jīng)濟(jì)的角度來說應(yīng)用地下室頂板作為建筑結(jié)構(gòu)的固定端都是非常合適而普遍的，但工程中也有很多例外，以下就從地下室頂板作為建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固端與否兩種情況各自需要滿足的條件分別試作論述。

1 地下室頂板作為建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固端

將地下室頂板用作上部結(jié)構(gòu)的嵌固端需注意以下幾個條件：

1.1 地下室頂板的高度和室外地坪高度應(yīng)盡量一致，通常情況下地下室的埋置深度應(yīng)大于其地下一層層高的1/3。

1.2 地下室柱子的縱向鋼筋截面面積不應(yīng)僅是單一的滿足計算需求，還要保證柱子截面每一側(cè)的鋼筋面積與地上一層對應(yīng)的柱子相應(yīng)側(cè)面縱向鋼筋面積之比保持在1.1倍以上，這個1.1倍的規(guī)定便是為了保證地下室頂板的嵌固作用，通過人為限制，讓框架柱在嵌固端屈服時首先是地上一層部分先于地下部分屈服，類似的對于抗震墻也有相關(guān)的要求。并且在地下室頂板的梁柱節(jié)點處設(shè)計時應(yīng)注意與其他樓層的梁柱節(jié)點設(shè)計時的區(qū)別。其余普通樓層處的梁柱節(jié)點往往需要滿足強(qiáng)柱弱梁的構(gòu)造要求，即通過規(guī)范中各種調(diào)整系數(shù)的取值來人為控制讓塑性鉸首先出現(xiàn)在節(jié)點的梁端而不是柱端。而對于地下室頂板的梁柱節(jié)點，規(guī)范則明確規(guī)定了在地下室頂板的梁柱節(jié)點處，下柱上端和左右梁端三處加起來的抗震受彎承載力應(yīng)大于地上一層柱下端的抗震受彎承載力的1.3倍。

1.3 地下室抗震墻墻肢端部的邊緣構(gòu)件的總配筋量要不少于地上一層相應(yīng)位置邊緣構(gòu)件的配筋數(shù)量，此條的原因同第二條中的柱子類似。

1.4 地下室頂板應(yīng)該采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆板的厚度要大于180mm，混泥土強(qiáng)度等級要大于C30，這種形式要使用雙層雙向配筋，各層每個方向的配筋率要大于0.25%，并且地下室頂板在設(shè)計時應(yīng)盡量避免設(shè)計一個大洞口。此條之所以強(qiáng)調(diào)現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，并規(guī)定了最小混凝土強(qiáng)度等級以及配筋率，目的就是加強(qiáng)地下室頂板的整體性和強(qiáng)度，包括平面內(nèi)和平面外兩個方向。

1.5 根據(jù)第二條，地下室柱子的配筋不得小于地上一層柱子配筋的1.1倍，在實際工程中許多設(shè)計者以及施工單位往往并不明白此項規(guī)定目的是什么，為了施工方便，機(jī)械地將下部柱頂相對于上部柱底所多出的縱向鋼筋伸入上部柱根錨固，如此做法正好與規(guī)范的想法背道而馳，將上層柱的下端和下層柱的上端同時加強(qiáng)了，并沒能實現(xiàn)規(guī)范想達(dá)到的減小地上一層柱底實際受彎承載力的目的。此處正確的做法應(yīng)該是將多出來的鋼筋彎折后錨入地下室頂部梁板結(jié)構(gòu)內(nèi)。

1.6 為了實現(xiàn)嵌固作用，對于嵌固層的剛度也有要求，地下一層的側(cè)向剛度應(yīng)不小于地上一層樓層側(cè)向剛度的兩倍。規(guī)范里并未對如何計算側(cè)向剛度作具體要求，而在計算側(cè)向剛度時采用不同的計算方法所得出的結(jié)果也不盡相同，設(shè)計者在設(shè)計時應(yīng)具體情況具體分析。一般說來在計算嵌固層的側(cè)向剛度比時采用的是以下兩種方法：（1）等效剪切剛度比值法： ，此式為考慮了截面變化以及嵌固端上下樓層層高之后得出的等效剪切剛度比。（2）樓層剪力與層間位移的比值法： ，此式為樓層剪力與位移CQC組合計算出的樓層質(zhì)心層間位移之比。目前實際工程中第一種方法一般用于方案和初步設(shè)計階段，第二種方法用于施工圖設(shè)計階段，需要注意的是，當(dāng)采用第二種方法計算等效剪切剛度比時，應(yīng)該按照第一種方法進(jìn)行補充計算，并且在必要時也應(yīng)像第一種方法那樣在計算時引入層高的因素，考慮層高修正之后再得出結(jié)論。

2 地下室頂板不作為建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固端

不將地下室頂板用作上部結(jié)構(gòu)的嵌固端需分為以下兩種情況：

2.1 當(dāng)?shù)叵率抑挥幸粚訒r，嵌固端將下移至基礎(chǔ)頂面。有資料提出此種情況下，地下室頂板的要求可以比作為嵌固端時放寬，例如板厚可以減小至160mm從而配筋量也相應(yīng)減少，并且嵌固端的下移可以減小地下室加強(qiáng)區(qū)域的高度等等以此說明嵌固端移至基礎(chǔ)頂面之后的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)將大大優(yōu)于地下室頂板作為嵌固端。但實際情況是地下一層雖然未被人為認(rèn)定為嵌固部位，但實際上地下一層因為周邊土體以及擋土墻（抗震墻）的存在，地下一層的剛度依然很大，對上部結(jié)構(gòu)依然有一定的嵌固作用，設(shè)計者在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)考慮到這一點，那么對地下一層頂板的加強(qiáng)措施也必須考慮進(jìn)去，這樣經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢便并不如部分資料里預(yù)計的那么大了。但此時地下室頂板的靈活性將比其作為嵌固端時大很多，例如開大洞口，采用無梁樓蓋等等，這是此種方式的一個優(yōu)勢所在。

2.2 當(dāng)?shù)叵率覟槎鄬拥叵率視r，嵌固端的判定依據(jù)應(yīng)該參照地下室頂板作為建筑上部結(jié)構(gòu)嵌固端時的剛度比要求來進(jìn)行。即驗算地下二層或其下的各層與地面一層的側(cè)向剛度比，當(dāng)滿足γ≥2時便可判定此層為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，此時的嵌固層的樓板應(yīng)按照前述對嵌固部位的要求來設(shè)置。這里需要注意的有兩個問題：第一，此處γ的比值始終都是地下室與地面首層之比而不是地下二層與地下一層或者說地下三層與地下二層之比，因為這個比值反應(yīng)的是地下室對建筑上部結(jié)構(gòu)的嵌固而不是地下室本身各層之間的剛度比；第二，此時的γ的判定是不考慮地下室周邊回填土對地下室的剛度貢獻(xiàn)的，而在確定了嵌固部位之后的結(jié)構(gòu)計算中則應(yīng)當(dāng)按照實際情況考慮外圍回填土的貢獻(xiàn)。

綜上，高層建筑嵌固端的選取對于建筑物本身的嵌固來說非常重要，作為設(shè)計者應(yīng)當(dāng)在選取嵌固端時各種情況下的要求和條件，注意使計算模型貼近建筑物本身的真實情況，使得我們?nèi)藶檫x取的嵌固端接近于真實的嵌固端，只有這樣才能得到建筑物在地震時的真實反饋信息，從而能夠做出有效而又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計。

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， 2013.