浅谈高层建筑结构嵌固端的选取

摘要：高层建筑结构底部的嵌固部位的确定在进行结构设计时占有重要的比例，本文对高层建筑结构嵌固部位的选取及相关技术问题进行了探讨。

Abstract: the structure of high-rise building at the bottom of the fixed position in structural design an important proportion, the high-rise building structural fixed site selection and related technical issues are discussed.

关键词：嵌固端、刚度比、地下室、基础及埋深

Key words: fixed end, stiffness ratio, the basement, and the buried depth of foundation

中图分类号：TU3文献标识码： A 文章编号：

建筑物尤其是高层建筑，在进行结构计算分析之前，必须首先确定结构嵌固部位所在的位置。结构嵌固部位的合理选取，是高层建筑结构计算中的一个重要假定，不仅关系到结构内力分析的准确性，而且还影响结构位移的真实性。下面就结构嵌固部位的确定及相关技术问题进行讨论。

1 嵌固端的条件

首先要了解嵌固的概念，高规和抗震规范所指的嵌固是指强度嵌固而非力学嵌固，是指塑性铰出现在预期的部位，即柱的下端，而不是出现在梁柱节点两侧梁上。

1.1无地下室建筑

高层建筑不设置地下室通常是针对层数较少的小高层，或基础持力层较浅的情况，从抗震角度出发这种做法不宜采用的。但工程中时常能遇到这种情况的建筑，这就需要人为地加强结构措施。不论采用天然地基基础或者桩基础，结构嵌固端均应从基础（承台）顶面算起，并在该标高处沿两个主轴方向设置具有一定刚度的基础拉梁，建筑设置地下连续墙，在地面标高处设置刚性地面并满足配筋率，增大地面下结构整体刚度及稳定性。

1.2有地下室建筑

地下室结构的布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载力，能将上部结构的地震作用传递到所有的地下室抗侧力构件上。地下室往往有较厚的侧壁，地下水池，人防墙体，从而加大了地下室的侧向刚度。楼板也起到一定作用，如加大楼板厚度，提高混凝土等级，加大配筋率。《高规》规定了，高层建筑整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2；《抗震规范》更是明确了“相关范围地下一层侧向刚度”，并应满足下列规定：地下室顶板与室外地坪的高差不宜大于600mm，地下室顶板应避免开设大洞口；地下室采用现浇梁板结构；作为嵌固部位的楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。地下一层柱截面每侧纵向钢筋面积不应小于地上一层对应纵向钢筋面积的1.1倍；地下一层柱上端和节点左右梁端实配的受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的受弯承载力的1.3倍；地下一层梁端顶面和底面的纵向钢筋应比计算值增大10%采用。地下室剪力墙边缘构件的配筋不应小于地上一层相对应边缘构件的配筋。

地下室应有良好的侧限，地下室外墙可参与地下室楼层剪切刚度的计算，但当地下室为大底盘多塔楼结构时，外墙与上部主体往往相距较远，则在确定结构底部嵌固部位时，地下室外墙不宜参与地下室楼层剪切刚度的计算。

2 相关技术问题

基础形式对上部结构嵌固端的确定有一定影响。当高层建筑仅设单层地下室且采用筏形基础时，通常宜选择地下室底板而非顶板作为结构的嵌固端，这种做法对首层楼面结构选型的灵活性很有利，即使地下室顶板采用无梁楼盖体系或开设大孔洞，均不影响结构分析的准确性。此外，《高规》第3.9.5条规定，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，因此以地下室底板作为结构的嵌固端不会增加地下室的结构造价。对于人防地下室，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，可将地下室顶板作为上部结构的嵌固端。

普通地下室 人防地下室

谈到嵌固端的选取，必然遇到基础埋深问题。《高规》第12.1.8条对高层建筑基础埋深有明确要求，“天然地基或复合地基，可取房屋高度的1/15；桩基础，不计桩长，可取房屋高度的1/18”，“在确定埋置深度时，应综合考虑建筑物的高度、体型、地基土质、抗震设防烈度等因素”。当两栋建筑物的高度相同时，高宽比较大者整体稳定性相对较差，对其基础埋深应偏于严格，反之，高宽比较小者的基础埋深应略微放松。

H/B不同，稳定性也不同

在工程设计中，高层建筑往往难以满足《高规》第12.2.1条的规定，因此当高层建筑采用多层地下室时，通常将上部结构的嵌固部位设计在地下二层顶板，即地下一层底板处，其目的是要使嵌固部位具有更大刚度，能更有效地起到整体抗侧约束作用，同时，由于增加了一层的计算高度，加大了地震作用效应，提高了设计安全储备。当地下一层楼层剪切刚度大于地上一层楼层剪切刚度，地下二层结构的楼层侧向刚度不宜小于地下一层楼层侧向刚度的2倍时（即相应由地下室顶板改为地下一层），即可认为上部结构的嵌固端在地下二层顶板处。

地下室顶板标高不一致，即有高低楼板错层时，笔者认为只要满足下述要求，也可认为结构嵌固端仍在地下室顶板处。楼板要连续，避免开设大洞口，满足地下室顶板作为嵌固端的相关要求的前提，保证剪力的传递，错层处梁的刚度要大，注意受扭问题。

3 结束语

在高层建筑结构设计中，应充分重视嵌固部位的确定，嵌固端的正确选取对结构计算结果的影响也相当大。这当中有很多技术细节值得研究和解决。

参考文献

1.JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程，中国建筑工业出版社，2010

2.GB 50011-2010 建筑抗震设计规范，中国建筑工业出版社，2010

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。