談合理選擇建筑嵌固端的重要性和方案比較

李 國 威

(武漢凌豪工程設計咨詢有限公司,湖北 武漢 430060)

談合理選擇建筑嵌固端的重要性和方案比較

李 國 威

(武漢凌豪工程設計咨詢有限公司,湖北 武漢 430060)

從建筑的安全性、經(jīng)濟性、適用性等方面，闡述了合理選取嵌固端的重要性。通過具體工程項目的運用，提出了建筑嵌固端的常用選取方案并進行了分析比較，得出最優(yōu)方案，從而解決了建筑安全性、經(jīng)濟性和適用性難以兼顧的難題，取得了滿意的結果。

嵌固端，側向剛度，安全性，經(jīng)濟性

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是中心城市地區(qū)，高層建筑越來越多。這些高層往往都設計帶有地下室，這樣會帶來很多好處。從經(jīng)濟性角度，現(xiàn)在中心地區(qū)土地供應受到政策限制，土地成本急劇增加，而高效的利用地下空間(如將停車庫轉入地下)，可以增加有效使用面積和空間，從而取得可觀的經(jīng)濟效益。從安全性角度，高層建筑設置地下室，可以有效利用土的側壓力作用，提高結構的整體抗滑移和抗傾覆性能，有利于上部結構的整體穩(wěn)定性。而且由于基礎會有較深的埋置深度，可以減小地震作用影響。從適用性角度，高層建筑設置地下室可以顯著減少地基的附加壓力，進而減小建筑沉降，防止過大的沉降差給建筑使用功能帶來影響。

由于高層建筑設置地下室的種種有利因素，建筑經(jīng)常出現(xiàn)一個大地下室地盤上面幾棟高層建筑的結構體系，結構形式較為復雜，而嵌固部位的確定對建筑的經(jīng)濟、抗震性能及結構合理性影響較大。所以嵌固端的合理選取顯得尤為重要。

1 嵌固端的概念

高層建筑相當于豎向“超長”的懸臂結構，頂部為自由端，底部為固定端，也就是建筑結構設計里面的嵌固端的概念。顧名思義，從不同角度來講，某處必須具備“固定端”相應的性能，才能被當作嵌固端。首先，從位移角度來說，不允許構件在此部位有任何位移。其次，從力學角度，嵌固端就是預期出現(xiàn)塑性鉸的位置，而且能夠承受建筑的最大極限彎矩和剪力的部位，因此須具備出眾的剛度和強度。

2 規(guī)范對建筑嵌固端要求的相關條文規(guī)定

帶地下室的建筑，一般嵌固端選取為基礎頂或地下室頂板。其中基礎頂一般假定為無限剛，滿足作為嵌固端的要求。而當選取地下室頂板為嵌固端，根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》12.2.1條的要求，須滿足以下規(guī)定：

1)地下室頂板應避免開設大洞口，混凝土強度等級不宜低于C30，作為上部結構嵌固部位的地下室樓層的頂樓蓋應采用梁板結構，樓板厚度不宜小于180 mm，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%(高規(guī)3.2.2條、3.6.3條)。

2)高層建筑結構整體計算中，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位時，地下1層與首層側向剛度比不宜小于2(高規(guī)5.3.7條文解釋：本條給出作為結構分析模型嵌固部位的剛度要求。計算地下室結構樓層側向剛度時，可考慮地上結構以外的地下室相關部位的結構，“相關部位”一般指地上結構外擴不超過三跨的地下室范圍)。

3)地下有多層地下室(如圖1所示)，嵌固端要求如下:

a.如采用地下2層頂板為嵌固端時，地下2層對首層的側向剛度比K-2/K1不小于2；且地下2層對地下1層的K-2/K-1不應小于1。b.如采用地下1層頂板為嵌固端時，地下1層對首層的側向剛度比K-1/K1不小于2；且地下2層對地下1層的K-2/K-1不應小于0.7。

4)地下1層抗震墻墻肢端部邊緣構件縱向鋼筋的截面面積，不應少于地上1層對應墻肢端部邊緣構件縱向鋼筋的截面面積。

5)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1.0 m。地下室要滿足上述條件才能確定為嵌固端，如不滿足上述條件時，一般應把嵌固端設為基礎頂。

3 正確且合理的選取地下室嵌固端的重要性

3.1 安全性方面

由于汶川地震后，結構設計規(guī)范通過重新整核后新發(fā)行了一套結構設計規(guī)范，在現(xiàn)行規(guī)范中，對地下室嵌固端的要求較嚴。結構嵌固端位置的確定對結構計算結果的真實性和準確性至關重要，如果錯誤的定義了結構的嵌固端，將會在模型計算中造成計算結果失真，從而在設計中留下安全隱患。尤其對于地下室層數(shù)較多的建筑，錯誤的定義嵌固端，有可能使得地下室樓層結構的抗震等級選取錯誤，從而選用與實際情況不對應的抗震措施，產(chǎn)生安全隱患或提高建筑成本。

3.2 經(jīng)濟性方面

高層建筑嵌固端選取不同的位置，將影響地下室樓層的抗震等級、抗震措施的適用性，進而直接影響柱、梁、板的斷面尺寸和配筋要求，最終對經(jīng)濟性產(chǎn)生影響。對帶地下室的高層建筑，一般嵌固端選取為基礎頂或地下室頂板。當嵌固端選取位置為地下室頂板時，可充分利用地下室結構的側向剛度以及周圍覆土對建筑的約束作用，降低地震作用對地下室樓層的影響，從而節(jié)約成本。但與此同時，有時為了滿足規(guī)范對于嵌固端的構造要求，需增設墻體、增加墻厚，地下室頂板最小厚度和配筋率都需相應增加，從而增加造價和成本。

3.3 適用性方面

嵌固端選取位置不同，可能會對建筑的使用功能產(chǎn)生影響，進而影響結構的適用性。比如，當嵌固端選取位置為地下室頂板時，一方面，有時為了滿足規(guī)范對于地下室頂板嵌固端的要求，須增設墻體以達到剛度要求，且頂板開洞也受到較為嚴格的限制，如此一來對建筑空間的布局有較大的影響，可能影響建筑的某些使用功能。另一方面，對于帶大底盤的高層建筑，主樓周圍相關區(qū)域的梁板結構加強，有利于抑制主樓與大底盤之間的沉降，避免結構因沉降而產(chǎn)生裂縫，進而防止地下室滲水而破壞建筑的使用功能。

4 合理選擇建筑嵌固端

某項目為一個帶有大底盤地下室的單棟高層建筑，層數(shù)為30層，主樓范圍內(nèi)建筑要求如下：層高均為2.9 m，地下室層高為5.4 m。由于層高相差較大，地下室頂板處上下樓層剛度比難以達到嵌固端要求。根據(jù)實際情況，提出三種確定嵌固端的結構方案并進行計算比較：

方案一：嵌固端設置在基礎頂。此種情況，將地下室和上部結構“一視同仁”，均為基礎嵌固端以上的上部結構。首先，由于基礎頂面視為無限剛，可以不用太受限于嵌固端側向剛度比值的要求，使得建筑空間要求可以盡量得以滿足，建筑功能適應性更好。其次，由于地下室頂板上覆土和行車荷載均較大，計算所需的板厚均較大；地下室頂板靠近主樓的相關范圍，受主樓傳來的荷載影響較大，梁柱構件尺寸均明顯較大；為了抑制主樓與大底盤之間的沉降，避免結構因沉降而產(chǎn)生裂縫，主樓周圍一定范圍內(nèi)的地下室頂板均需要人為加強，如此一來，頂板處各種加強，已經(jīng)比較接近嵌固端的部分要求，如果不加以利用，從經(jīng)濟性角度來說是不可取的。

方案二：嵌固端設置在地下室頂板。為了滿足規(guī)范對嵌固端上下樓層側向剛度比的要求，在主樓地下室相關范圍內(nèi)增設剪力墻。此時地下室增設剪力墻較多，使用功能受到較大限制，極大地影響了建筑的使用功能。

方案三：嵌固端設置在地下室頂板，同時在主樓范圍內(nèi)增設夾層。主樓范圍內(nèi)的夾層，既能充當設備夾層，也能使主樓地下室的計算層高減小，在少量增設剪力墻的情況下，便可使側向剛度大幅提高，滿足規(guī)范對于嵌固端剛度比的要求。同時，地下室增設剪力墻較少，也使得地下車庫使用功能比較靈活。雖然增設設備夾層時所設的剪力墻所產(chǎn)生的混凝土量、含鋼量略為增加，但大大的解決了地下室使用功能及設備管道安裝問題，有相當好的適用性。綜合比較，方案一經(jīng)濟性不明顯，僅僅在建筑功能適用性方面比較占優(yōu)。方案二經(jīng)濟性不錯，但是結構適用性很差，嚴重影響建筑的使用功能。方案三在經(jīng)濟性和適用性上，表現(xiàn)都相當不錯，綜合考慮，是性價比最高的。另外，本人認為，為了保證建筑的地基穩(wěn)定性，《建筑地基基礎設計規(guī)范》5.1.4條對建筑的基礎埋置深度做了要求，而主樓地下室部分周圍沒有覆土，約束較差，而采取增設夾層，大大提高了地下室的剛度和整體性，使得穩(wěn)定性能明顯提高。因此，參建各方綜合考慮，認為方案三為最優(yōu)方案，取得了各方的一致認同。

[1] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規(guī)范[S].

[3] GB 50007—2011,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

Onimportanceofreasonableselectionforconstrainedendofbuildingsandschemecomparison

LiGuowei

(WuhanLinghaoEngineeringDesignConsultancyCo.,Ltd,Wuhan430060,China)

From the safety, economy and adaptability of the buildings, the paper illustrates the importance for the reasonable selection for the constrained end, points out the common selection schemes for the architectural constrained ends with the application of the engineering programs, undertakes the analysis and comparison, and concludes the optimal scheme, so as to solve the difficulties in the architectural safety, economy and adaptability, so as to achieve satisfactory results.

constrained end, lateral stiffness, safety, economy

TU974

：A

1009-6825(2017)24-0048-02

2017-06-14

李國威(1990- ),男,助理工程師