高層建筑結構嵌固端的選取

韓德英 金 麗

（上海城鄉建筑設計院有限公司大連分院）

高層建筑結構嵌固端的選取

韓德英 金 麗

（上海城鄉建筑設計院有限公司大連分院）

在高層建筑結構中，嵌固端的選擇是非常重要，對于高層建筑結構的使用有著重要的意義。高層建筑結構質量決定著高層建筑使用壽命，因此，本文著重的對高層建筑結構嵌固端的選擇進行了詳細的分析。

高層建筑；嵌固端；選取

1.高層建筑結構嵌固端的定義以及意義

1.1 嵌固端的定義

若按計算模型而言，是指除能承受軸力（N）、彎矩（M）、剪力（V）之外，U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、ω（豎向位移）、θ（轉角位移）均為零的部位，若按在地震作用下的屈服機制而言，就是預期塑性鉸出現的部位。確定嵌固端就是通過剛度和承載力調整，迫使塑性鉸在該預期部位出現，并能承擔上部結構在該處屈服超強引起的極限彎矩和出現塑性鉸時的最大剪力以及相應的最大最小的軸向力。

1.2 確定嵌固端的意義

嵌固端位置的選取與基礎的x形式和埋深相關聯，一般情況選取在基礎的頂面。面臨著越來越激勵的經濟競爭，我過得經濟發展水平愈來愈高，城市化水平也隨之提升，伴隨著這些情況而出現的最突出的問題就是日益緊張的土地資源。這就使得所有的地產商將建筑功能和結構抗力方面的要求全部集中在建筑物的不斷向地上空間以及地下空間發展，從而出現了眾多的地下商場、車庫以及人防工程等地下室高層結構。由于帶地下室高層結構嵌固端的位置與地基約束作用有關，因此合理考慮地基回填土的約束作用對于保證計算結果的準確性具有重要意義。

2.嵌固端部位的選取

嵌固端部位選取所需要的前提是要滿足有效的或者是可靠地埋置深度，其位置可以與基礎頂面齊平也可高于它。在嵌固端部位選取高于基礎頂面時，其選取的位置應結合室內地溝布置和埋深情況不宜高出室外地面。若高出室外地面，其高差不得大于所設邊梁的梁高。且必須使嵌固部位的下部和基礎之間有不超過一層的完整的框架結構體系，并在地震作用下保持彈性工作狀態。嵌固部位下部和基礎之間的結構體系應有足夠的承載力和側向剛度，能夠抵抗上部框架結構在嵌固部位產生的嵌固端彎矩、剪力和軸力的作用。避免柱塑性鉸向下轉移。

2.1 當有地下室時

2.1 .1 地下室頂板作為上部結構的嵌固部位

（1）避免地下室頂板開設大洞口；地下室在地上結構相關范圍的頂板應采用現澆梁

板結構，相關范圍以外的地下室頂板宜采用現澆梁板結構；其樓板厚度不宜小于180mm，

混凝土強度等級不宜小于C30，應采用雙層雙向配筋，且每層每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

（2）地下室作為上部結構的嵌固端，但要保證地下室的抗側移剛度大于上部結構第一層的2倍;同時從構造上采取一定措施,如地下室頂板要保證一定厚度180mm以上；地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震墻。

2.1 .2 地下室頂板對應于地上框架柱的梁柱節點應滿足規定

（1）地下一層柱截面每側縱向鋼筋不應小于地上一層柱對應縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節點左右梁端實配的抗震受彎承載力之和應大于地上一層柱下端實配的抗震受彎承載力的1.3倍。

（2）地下一層梁剛度較大時，柱截面每側的縱向鋼筋面積應大于地上一層對應柱每側縱向鋼筋面積的1.1倍；同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應比計算增大10%以上；

（3）地下一層抗震墻墻肢端部邊緣構件縱向鋼筋的截面面積，不應少于地上一層對應墻肢端部邊緣構件縱向鋼筋的截面面積。

2.1 .3 《建筑結構施工圖設計文件審查常見問題分析》規定

《建筑結構施工圖設計文件審查常見問題分析》P94頁“當滿足下列要求時，地下室頂板仍可作為上部結構的嵌固部位：1.地下室頂板與室外地面的高差小于地下室層高的1/3，且不大于1.0m”。

2.1 .4 《建筑結構設計常見及疑難問題分析》規定

《建筑結構設計常見及疑難問題分析》P126“（2）若由于地下室大部分頂板標高降低較多、開大洞、地下室頂板標高與室外地坪的高差大于本層層高的1/3或地下1層為車庫（墻體較少）等原因，不能滿足地下室頂板作為結構嵌固部位的要求時”：

(1)地下室頂板標高與室外地坪的高差不能太大，極端的情況如半地下室則首層樓面一般不能成為結構嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮；

(2)地下室頂板結構應為梁板體系(即不可設計成無梁樓蓋)，且該層樓面不得留有大孔洞，樓面框架梁的抗彎剛度要足夠大，樓板也要有相當厚度；

(3)地下室側壁要有良好的側限，即必須與“地球”有良好的接壤，上述半地下室頂板不能成為結構嵌固端的原因就是不滿足此條件現塑性鉸時的最大剪力以及相應的最大最小軸力。

對于上述條件中對首層樓面框架梁的要求，假設滿足《抗震規范》第6．1．14條“位于地下室的梁柱節點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和”的要求，對于高層建筑來說，由于首層處的柱截面往往遠大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗彎鋼筋用量，上述要求仍很難滿足。就此要求而言，則只有多層或小高層建筑才有可能以首層頂板作為結構的嵌固端，而真正意義的高層建筑則完全排除了這種可能性。

2.2 當不設地下室時

眾所周知，小高層建筑以承受水平風荷載或水平地震作用為主，為穩定和抗傾覆能力，必須考慮基礎的有效埋置深度。多層建筑以承受豎向荷載為主，一般可不考慮基礎有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的類型和用途（對不均勻沉降的敏感性，是否有地下管道和設備基礎等）；作用在地基上的荷載大小和性質；工程地質和水文地質條件（持力層的埋深，地下水性質和埋深等）；相鄰房屋和構筑物的基礎埋置深度；季節性凍土地基的凍脹和融陷等因素的制約，使框架基礎埋置深度較大，引起底層柱的長度相應增加較多。當無地下室時，如底層柱斷面尺寸不變，相對相鄰上層柱的線剛度減小，影響水平位移的控制。如保持線剛度不變，比起相鄰上層柱需增大底層柱的斷面尺寸。加之柱子埋在土中，不能充分利用其圍合的空間，經濟效益無法合理體現。這一情況，在設計中經常出現，至今沒有得到很好解決。高層建筑不設地下室通常是針對層數有限的小高層，或其基礎持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不宜提倡的。

(1)不管是采用天然地基基礎或樁基礎，都是以基礎(承臺)面作為結構嵌固端，且必須在該標高處的縱橫方向設置剛度較大的基礎梁加以連結，故首層層高應從基礎面算起；

(2)若基礎(承臺)面標高與首層標高有一定距離而不設基礎梁連結或其剛度過小，則地面標高處應設有剛性地面來作為結構嵌固端，首層層高可從地面層算起。若不設剛性地面，則上部結構無從形成嵌固端，也即結構計算簡圖不成立，設計上顯然是不允許的。

以上列舉的條件無非是說明要成為上部結構的嵌固端，其下部結構必須具有足夠的剛度以保證柱根之間不產生相對位移，且能承受或平衡柱根彎矩。規范中規定“當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的二倍”正是基于這一考慮。

3.結 語

高層建筑結構設計施工合理否與，直接決定著高層建筑使用壽命和建筑本身的安全性，高層建筑結構嵌固端是結構中鏈接部分，結構嵌固端的確定對結構計算結果的影響也相當大，其細節的處理對于體系的可靠性發揮著重要的作用，因此，選取要做慎重的分析之后再定奪，確保高層建筑結構的使用質量。

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[3]孫嘉琦,王麗.高層建筑結構嵌固端的選取及相關技術問題[J].黑龍江科技信息. 2008(19)

TU75

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1007–6344（2015）01–0150–01