高层建筑结构嵌固端的相关问题分析

摘要：嵌固端为力学概念，即约束所有自由度。嵌固端对高层建筑结构模型简化准的确性有很大的影响，因此正确选取结构嵌固端所在位置并对其在构造和配筋方面加强，是结构设计中的一个重要环节。本文对高层建筑结构嵌固端的选择进行了探讨。关键词：高层建筑嵌固端 地下室顶层 刚度比基础埋深

Abstract: the fixed end for mechanical concept, i.e. all the degrees of freedom. Fixed end on the structure of high-rise building model simplified accurate has great influence, therefore the correct selection of structural fixed ends of location and in its structure and reinforcement to strengthen the structure, is an important part in the design of. In this paper, the structural fixed ends of high-rise buildings are discussed.

Key words: high-rise building basement top fixed end stiffness ratio of depth of foundation

中图分类号：TB482.2 文献标识码： A 文章编号：

前言

高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况，如高层是否设置地下室，地下室是否全埋入土里；地下室的层数等。根据以上情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨，并由此引伸出相关的技术问题。

2 结构嵌固端的条件

高层建筑的结构嵌固端通常是选择在地面标高处，但地面标高处要真正成为结构嵌固端是有条件的，抗规和高规都做了相应的规定。2．1 设有地下室时的条件 (1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，极端的情况如半地下室则地下室顶层处一般不能作为结构嵌固端，除非其高差仅600mm高度范围内时才可能考虑。在山（坡）地建筑中出现地下室各边填埋深度差异较大时，宜单独设置支挡结构。 (2)地下室结构布置应保证地下室顶板有足够的平面内整体刚度和承载能力，能将上部结构的地震基底剪力传递到全部地下室结构范围的抗侧力构件。地下室顶层处结构应采用现浇梁板结构，不宜采用无梁楼盖，且该地下室顶层框架梁的抗弯刚度要足够大，地下室顶板应避免开设大洞口，也要有相当厚度，板厚不宜小于180mm 。 地下室顶层混凝土强度等级不宜小于C30。地下室顶板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％。

(3)结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。

“相关范围”一般可以从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外延不大于20m 。(4)地下室侧壁要有良好的侧限，即必须与土壤有良好的接触，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。 (5)抗规6．1．14 地下室顶层作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：

1)地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一：

a.地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。

b.地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10％以上；

2)地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

此条款的设计理念是当框架柱嵌固在地下室顶板时，位于地下室顶板的梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底屈服、出现塑性铰。

2．2 不设地下室时的条件 高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不宜提倡的。 (1)不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，故首层层高应从基础顶面算起。 (2)若基础(承台)顶面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面，则上部结构无法形成嵌固端，即结构计算简图不成立，设计上显然是不允许的。 以上列举的条件就是要说明作为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶层作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。

3 嵌固在地下室顶板时的抗震设计要求

可采用底部剪力法计算地下室结构水平地震作用计算。作用在无裙房主体结构或有裙房主体结构（两者之间不分缝）地下室底部的总水平地震作用标准值FBK 可按下式计算：

FBK = FEK+ FB

式中：FEK 为上部结构在地下室顶部的总水平地震作用标准值；FB 为地下室结构引起的总水平地震作用标准值。

裙房与主体结构之间设缝分开时，主体结构与裙房地下室的水平地震作用应分别计算。4 与嵌固端相关的技术问题 结构嵌固端的形成或者说上部结构对嵌固端的要求，在工程设计中还可引伸出若干相关的技术问题及其正确的设计方法，以下将分别探讨。 (1)单层地下室 当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造条件，即使是首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不影响结构计算的准确性。此外，规范规定：1)地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致；2)当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。即使单层地下室底板是以桩为基础的普通梁板结构，一般情况下仍然取底板处为结构嵌固端，唯一例外的是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其作为上部结构的嵌固端。(2)高层建筑的基础埋深 在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋深问题，高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的整体稳定(包括抗滑要求)要求，其次有利于减弱地震反应。规范对高层建筑的基础埋深有一量化规定，即“天然地基上的箱型和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的1/18~1/20。

(3)首层楼面的活载 作为结构嵌固端的首层楼面(地下室顶板)，其正常使用时的活载一般不太大，即使作为商业用途，其活载也仅为3．5kN／m2，但设计中要考虑施工过程中可能产生的施工荷载，对于首层梁板构件取活载5.0kN／m2则往往是必要的。 此外，该层楼板配置通长面筋，不仅是出于增大刚度的考虑，而且是抵抗混凝土收缩和温度应力的需要，特别是由于开发商的原因可能导致地下室顶板完成后要一段时间(从几个月到几年不等)，为了防止或减少由于暴晒或暴露时间过长而产生的裂缝，配置足够的楼板面筋尤为必要。首层楼面考虑较大的施工荷载，其梁板截面就需较大，有利于满足首层楼面作为结构嵌固端刚度要较大的要求。

5 结束语 在高层建筑结构设计中，无论选择哪个部位作为结构嵌固端，都可以通过结构计算程序获得准确的计算结果，但我们期望的是计算结果能较真实地反映出结构的实际情况。为了达到这一目的，我们要依据实际情况和条件，合理的选择结构的嵌固端。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）中国建筑工业出版社，2010。

[2]高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）中国建筑工业出版社，2011。

[3]建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）中国建筑工业出版社，2002。