探討建筑嵌固部位選取的相關措施

摘 要：在分析建筑結構時，首先將建筑的嵌固部位確定出來。但是，由于建筑結構不同，嵌固部位的選取也是不同的，如何科學的選取結構嵌固部位，是分析和計算高層建筑結構的關鍵環節。基于此，文章對建筑嵌固部位在設計中的選取措施進行探討。

關鍵詞：建筑；嵌固部位；設計；選取措施

在建筑工程中，正確的選擇嵌固端是結構計算模型中的一個關鍵因素，直接影響了受力狀態和計算模型的符合程度、結構側移和結構內力計算結果的準確性、局部結構的經濟性。由于建筑工程設計地下室或者不設計地下室都會對固定部位的位置造成影響。因此在使用軟件對高層建筑結構進行計算和分析前，要先對嵌固位置的結構進行確定。

1 嵌固部位簡介

在建筑工程中，嵌固部位指的是預期性塑性鉸出現的位置。站在理論的角度來說，結構下部嵌固的位置要可以對上部構件水平方向上的轉角位移和平動位移進行控制。所以，要控制好樓層的整體承載力和整體剛度，保證嵌固部位可以通過調整結構的承載力和剛度，使塑性鉸在預定的位置出現。

對于沒有地下室的建筑，在設計建筑結構時，一般設計在首層底部嵌固上部結構，對于有地下室的建筑物。由于在地下室周邊的擋土墻平面上的剛度比較大，墻外的土體對地下室的約束作用比較強，通常地下室頂部的剛度會產生變化。受到地震影響時，塑性鉸就會從基礎的頂面移動到地下室的某個樓層或者地下室的頂部，對嵌固位置進行科學的分析計算，提升嵌固樓層的剛度，在地下室的設計方面有著重要的作用。

2 建筑嵌固部位設計中的選取方法

2.1 有地下室時嵌固端的選取方法

一般情況下，當工程建筑有地下室時，會將地下室的頂板作為嵌固端。為了保證嵌固層的整體性，禁止在地下室的頂板開設過大的洞口。由于很多建筑設置了商場自動扶梯、下沉式廣場經常需要在樓板處開大洞，影響了樓板的整體性，導致嵌固位置下移。

為了提高樓層平面內外的剛度，保證樓層的整體性，對于地下室地上結構的一些部分，要使用現澆梁板結構，樓板的厚度要在180mm以上，并進行雙向配筋。在地震的影響下，由于梁板結構樓層的平面外剛度很大，不會產生比較大的樓板面外變形，和剛性樓板的假定相符合，可以更好的傳遞地震剪力，而無梁樓蓋結構由于面外剛度低，無法達到剛性樓板假定的相關要求，所以要求地上結構層的側向剛度要控制在規定地下一層測量剛度的0.5倍以內。在計算時，不對地下室外墻的約束力進行考慮。而在實際的建設過程中，回填土會對地下室的結構產生比較大的約束力，通常可以按照地下室結構自身剛度的4倍進行考慮。所以，地下室結構和周圍土體的總剛度要明顯大于上一結構層的剛度，故地下室頂板處對建筑結構上部產生的嵌固作用是客觀存在的。在對其進行考察時，主要是考察嵌固作用的強弱，不管是否選擇，在設計結構時，均要對地下室頂板處存在的嵌固作用進行考慮，并針對性的進行加強。

在地下室的四周，要有和頂板連接的抗震墻，由于地下室混凝土側壁可以有效的提高樓層的計算剛度，當地下室上部結構和地下室外側壁的距離比較遠時，在計算樓層的剪切剛度時，地下室外墻不能參與進來，在這種情況下，塔樓產生側向位移會導致首層樓面產生位移，并且變形會導致上部結構的側移計算值增加，首層骨架構件也會因為出現變形，產生附加內力。在設計時，需要工程師對該結構做出相應的處理。

除了要達到抗震的計算要求外，地下一層柱截面各側的縱向鋼筋要大于上層柱縱向鋼筋的1.2倍，并且地下一層節點左右端和地下一層柱的上端實配抗震受彎承載力的和要在地上一層柱下端實配抗震受彎承載力的1.3倍以上，通過提高柱截面的實際受彎承載力，來保證旨在柱底部截面上出現塑性鉸只。在對此規定進行執行時，為了防止增加同一柱底截面的世界受彎承載力，要把在地下室增加的縱向鋼筋在頂層梁板內進行錨固彎折。

在實際的工程中進行運用時，會遇到裙樓樓板和主樓存在降板或錯層的情況，會將1/3層高作為嵌入固段進行控制界限的選取。另外，超出室外地坪的地下室頂板高度不允許過高，對于諸如半地下室這種比較極端的情況，一般不將首層路面作為結構的嵌固端。

2.2 沒有地下室時選擇嵌固端的方式

當基礎的埋深比較淺的時候，使用樁基礎或天然地基基礎作為基礎。此時，可以將承臺的頂面結構的嵌固端，并且使用具有良好剛度的基礎梁對此標高處的縱橫方向進行連接。計算結構時，要從基礎頂面計算首層層高。當基礎的埋深比較深的時候，基礎頂面和建筑首層地面的標高也比較高，要在地面標高的位置設置剛性地面來作為結構的嵌固端，一般首層計算高度可以為首層的高度加上室外的高度差或550mm。

2.3 無法將地下室頂板作為嵌固端時選擇嵌固位置的方法

對于單層的地下室來說，在選擇嵌固端時，可以在基礎頂面選擇嵌固部位，這樣可以對基礎頂面的剛度進行充分運用，創造出相對靈活的樓面結構選型。即使首層的樓面上有大的孔洞留出，也不會對結構計算的準確性造成影響。另外，按照規定要求，上部結構要和地下室負一層的抗震等級相同，將基礎底板作為嵌固端也不會導致地下結構的造價升高。

對于多層地下室來說，在對結構的嵌固位置進行判定時，要對地下室外圍填土可以為地下室提供的剛度進行考慮，此外要對地下室下層結構對上層結構實際造成的嵌固影響進行考慮，對地下室頂板剛度進行加強，使用相應的措施對首層和下一層抗側力構件進行加強，為了進一步保證強度，可以使用包絡設計的方法進行施工。在判斷嵌固端位置是否正確時，首先就要求上層抗側剛度和下層抗側剛度比要大于2，但是在工程的實際應用中，一般情況下，多層地下室的平面結構變化不大，不需要增加過多的剪力墻，想要使地下二層的側向高度超出上層剛度的兩倍是很難實現的。這樣只會導致后續設計結構時，出現一些爭議性比較大的問題：

（1）如何確定地下室的抗震等級，是否需要對各層的樓板進行加強，具體的加強原則是什么。在地下一層對上部結構實際存在的嵌固作用下，這些問題是不可回避的。（2）建筑總地震作用效應被提高，在基礎頂面的位置出現了抗震設計的強柱根，缺乏合理性，將地下室對首次產生的制約效果和一般部位的剛度變化歸為一類，缺乏合理性，對建筑結構的安全也有比較大的影響。（3）在對地下一層對上部結構造成的嵌固影響時，采取降低加強區高度的方法也是缺乏安全性和合理性的。所以，嵌固的位置越低，需要加強的范圍也就越大，結構的費用相對來說也就越高，會造成一定的資金浪費。（4）轉換層結構中，對嵌固端進行下移會導致在判斷空間層數時，出現混亂的情況。

3 對嵌固端設計進行人工干預

3.1 嵌固位置計算時的人工干預

首先假設嵌固位置位于基礎的頂面，在不對回填土對地下樓層側向貢獻的剛度進行考慮的基礎上，對基礎頂面和以上各層結構自身樓層側向剛度比進行計算。

3.2 確定嵌固位置后的人工干預

按照第一步計算得到的樓層側向剛度比確定出的地下室上部結構嵌固位置，對計算模型中的嵌固位置進行調整。同時，分析回填土對地下樓層側向剛度造成的具體影響，設計計算結構的構件。

4 結語

綜上所述，選擇高層建筑結構設計嵌固端會直接對建筑結構的位移、周期、配筋、內力等造成影響。通過對以往的施工經驗進行總結發現，在地下室頂板位置設置高層建筑的嵌固位置是最為經濟的一種選擇。同時這也是為什么大部分的建筑工程都在選擇嵌固位置時，都會選擇地下室頂板。

在當前的建筑結構設計中，不管選擇什么位置作為結構的嵌固端，都可以使用結構計算程序得到相對準確的結果，從而更加真實的將結構的實際情況反映出來。所以，選擇嵌固端的正確性，會對設計計算造成比較大的影響。在有關施工規定的要求下，在施工過程中，還有一些存在爭議性的細節需要進行改善，這就要求設計人員在設計時，對這些問題進行充分考慮，從而設計出結構良好的建筑工程。

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作者簡介：邱琳（1978.07- ），男，湖南益陽人，結構工程師、國家一級注冊結構師，本科，研究方向：建筑結構設計。