关于高层建筑嵌固端选取的讨论

一、引言

高层建筑在进行结构分析之前必须首先确定嵌固端的所在位置。而嵌固端位置的正确假定不仅影响结构产生侧移的真实性，还关系到某些结构构件内力分配的准确性，以及结构局部的经济性。由于高层建筑的多样性和复杂性，嵌固端的选取也面临着各种不同的情况。

二、作为上部结构的嵌固端需要满足的条件

规范规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固端是，应符合下列要求：

1、地下室一层的侧向刚度宜大于结构地上一层侧向刚度的2倍，地下室周边宜有与顶板相连的抗震墙。

2、地下室顶板应避免开设大洞口，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其厚度不宜小于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%。

3、地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点应满足下列规定之一：

1）地下一层柱结构面每侧的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下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。

2）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，同时两端顶面和地面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上。

4、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。

三、关于嵌固端位置选取的讨论

1、当地下室顶作为上部结构的嵌固端时

1）地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力，其厚度不宜小于180mm。地下室顶板及裙房地下室与主楼相关范围内的地下室顶板应采用梁板。现在较多工程在地下室顶面采用无梁楼盖结构，由于一般无梁楼盖的平面外刚度较普通梁板结构小许多，在竖向荷载作用下无梁楼盖将产生较大的面外变形，地震作用时，地下室顶作为上部结构的嵌固端将承受很大的水平地震剪力，加剧了无梁楼盖的面外变形，对传递水平地震剪力和协调变形不利。此外，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，则首层楼面一般不能成为结构嵌固端。

2）地下室柱配筋时，应注意将地下室纵向钢筋在地下室顶层梁板内弯折锚固，避免同时对一层柱底截面实际受弯承载力的加大。通常情况下，地下室柱截面有条件加大，加大柱截面面积与加大配筋同样可以达到提高地下室柱截面的实际受弯承载力的目的。因此，若能使地下室柱每方向的实际受弯承载力不小于相应地上柱的1.1倍，同时地下室柱的每侧纵向钢筋面积不小于地上柱的纵向钢筋，则概念更为清晰，也便于操作，可以适应地上柱与地下柱不同截面和不同配筋的多种情况。

2、地下室顶板不作为上部结构嵌固端时

1）当地下室顶板开设大洞口，无法确保作为上部结构嵌固部位的整体性时 ，如建筑物设有下沉式广场、商场自动扶梯等导致楼板大开洞，对楼板整体性削弱太多，导致嵌固部位下移。

2）当地上一层的垂直投影面积与地下一层面积相当时，或地下一层的层高较高，地下一层的侧向刚度很难满足地上一层侧向刚度的2倍，作为上部结构的嵌固部位不得不下移。

当高层建筑有多层地下室时，可依次验算地下二层及以下各层对首层的楼层侧移刚度的比值，当满足γ≥2时，便可确定上部结构的嵌固部位。此时应注意：地下室结构的楼层侧向刚度是结构自身的刚度，在确定上部结构的嵌固部位时，楼层侧向刚度比的计算不应考虑土体对地下室外墙的约束作用。当地下二层满足对首层侧向刚度比值的2倍时，可将地下二层顶板作为上部结构的嵌固端。

3）当高层建筑只设有单层地下室或无地下室时，此时将以基础作为上部结构的嵌固部位。这时，地下室在主楼的相关范围内抗震等级将不能低于主楼的抗震等级。然而，基础的“无限”刚度将充分利用，对于地下室顶板的结构形式也可以灵活运用。所以，对于这种情况，结构设计人员可根据具体情况考虑结构的合理性及经济性。当基础（承台）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，则上部结构无从形成嵌固端，结构计算简图也不成立。

四、关于上部结构嵌固端问题的讨论

事实上，地下室结构与周围回填土的总刚度要比地下室结构自身刚度大许多，当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时，地下室结构自身及回填土约束的的地下室总侧向刚度，一般情况也不会小于上部结构的3倍，因此地下室顶板处对上部结构的约束作用是客观存在的，是否作为上部结构的嵌固端，考察的只不过是这种嵌固作用的强弱问题，无论地下室顶板是否作为上部结构的嵌固部位，结构设计中均应考虑地下室顶板处实际存在的嵌固作用，并采取相应的加强措施。结构设计中，应取不同嵌固部位分别计算，包络设计。

计算时，应先假定结构的嵌固部位在基础顶面，不考虑土体对地下室楼层的约束作用，然后根据刚度比确定上部结构的嵌固部位，并将嵌固部位改回至已确定的嵌固端，同时考虑回填土对地下室楼层的约束作用，进行结构构件的设计计算。

五、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较真实地反映结构的实际情况。为了达到这一目的，结构计算时输入正确的参数和数据固然相当重要，但结构嵌固端的确定对结构计算结果的影响也相当大，因此重视结构嵌固端的确定并非微不足道，

且在嵌固端确定后设计中如何保证其成为真正的嵌固端，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范应用与分析GB 50011-2010》-朱炳炎