高层建筑结构嵌固端的选取

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

一、嵌固部位的概念

嵌固部位就是预期塑性铰出现的部位，结构下部的嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移，并将上部结构的剪力全部传递给下部结构，因此对作为主体结构嵌固部位的地下室楼层的整体刚度和承载力应加以控制，并通过对结构刚度和承载力的调整，使塑性铰出现在预定的部位。

二、结构嵌固端的条件

高层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，而且在输入首层计算高度时还有许多讲究。

1.设有地下室时的条件

1.1设多层地下室的情况设有多层地下室的高层建筑最好把嵌固端放在地下室顶板位置，前提是满足或创造以下条件：(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首层楼面一般不能成为结构嵌固端，除非其高差仅为1—3级台阶高度时才可能考虑：(2)地下室顶板结构应为梁板体系，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度：(3)地下室要有良好的侧限，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2倍。(4)地下室楼板厚度不宜小于18Omm，混凝土强度等级不宜低于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O．25％。(5)地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1 1倍；地下室中超出上部主楼范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。

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。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面算起。若基础(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，也即结构计算简图不成立，设计上显然是不允许的。

以上列举的条件无非是说明要成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“当地下室顶板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。

三、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，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，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.投影面积比例

高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例大小对首层作为嵌固端的结构有着不同的影响。当该比例接近1时，若首层楼面符合作为嵌固端的其它条件，则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了，但当上述投影面积比例

3.计算要求

将结构的嵌固部位置于地下一层的地面时，仍应考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用，应取不同嵌固部位(地下一层的地面和地下一层的顶面)分别计算，配筋取大值。

4.当地下二层对首层的侧向刚度比r≥2时，地下二层的顶板可按嵌固部位楼板要求设计；地下二层的抗震等级可同地下一层。

四、地下室抗震等级的确定

1.当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，规范规定当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。但当上部结构抗震等级较高，如为一级抗震等级时，在地下一、二层处变化过于剧烈，龚思礼所著《建筑抗震设计手册》，建议地下一层以下可按表1逐层降低。

2.当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时规范未明确规定，建议地下二层的抗震等级可比地下一层降低一级，以下各层按规范要求确定。

3.一般地下室的抗震等级

①地下室顶板作为上部结构的嵌固部位(r≥2)时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层(不含)以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。②地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位(r

4.纯地下室的抗震等级

纯地下室(即地下室中超出主楼范围且无上部结构的部分)的抗震等级：《高层钢筋混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定纯地下室的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级；9度抗震设计时，纯地下室的抗震等级不低于三级。《建筑抗震设计规范》在其条文说明中对纯地下室的抗震等级分不同情况予以细化，而规范条文则统一表述为“可根据具体情况采用三级或更低等级”。

5.高层建筑结构的底部加强部位

当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，结构的底部加强部位的高度，可仍按地下室顶板作为上部结构的嵌固部位计算，只需将底部加强范围向下延伸至地下二层(含)即可。注：有文献要求按嵌固部位以上的高度计算底部加强部位的高度(并确定为h)在嵌固部位以上h范围内设置加强部位的做法，忽略了地下室顶面实际存在的嵌固作用，是不合理的。

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。