高層建筑結構嵌固端的分析與研究

牛 肖

(北京華銀建筑設計研究院有限公司 北京 100071)

一、引言

隨著城市建設的蓬勃發展，帶地下室的高層建筑越來越多，如何選擇嵌固端成為一個難題。一般情況下，取地下室頂板作為嵌固端的情況比較普遍，以地下室頂板作為上部結構的嵌固端，則地下室頂板結構形式、頂板厚度、開洞情況以及剛度比等均需滿足一定的要求[1]。當建筑結構比較復雜，不滿足上述要求時，就要把嵌固端的位置下移，直到滿足剛度比，并對幾種不同嵌固部位的情況進行包絡設計，取最不利設計值，使得到的計算結果更全面，更保守，更能反映工程當中存在的實際問題。

二、地下室頂板作為嵌固端的分析與研究

(一)地下室頂板作為嵌固端的條件及其計算

《高規》第5.3.7條規定:當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時，地下一層與首層側向剛度比不宜小于2。計算地下室結構樓層側向剛度時，可考慮地上結構以外的地下室相關部位的結構，“相關部位”一般指地上結構外擴不超過三跨的地下室范圍。《高規》明確指出，樓層側向剛度比按下式計算：

(1)

Ai=Aw,i+∑jCi,jAci,j

(2)

(3)

式中：C1、C2—分別為地下一層和首層(即地上一層)的混凝土剪變模量；

A1、A2—分別為地下一層和首層的折算抗剪截面面積，按上式(2)計算；

Aw,i—第i層全部剪力墻在計算方向(注意剪力墻計算的方向性)的有效截面面積(不包括翼緣面積)；

Aci,j—第i層第j根柱的截面面積；

hi—第i層的層高；

hci,j—第i層第j根柱沿計算方向的截面高度；

Ci,j—第i層第j根柱截面面積折算系數，當計算值大于1時取1。

(二)地下室頂板作為嵌固端需注意的問題

地下室是上部結構在地基內的延續，既可為上部結構提供可靠的嵌固，又將上部結構與地下室連接成有機的整體，有效地降低了建筑物的重心，增加了上部結構的穩定性，增強了結構的抗震能力[2]。對于帶有地下室的建筑結構，結構上部樓層的構件應該盡量豎向連續，嵌固部位樓板要做到足夠強，從而有效傳遞上部結構的水平剪力。上部結構與地下室具有共同的位移場，相互協調變形，同時地下室外的回填土對結構也具有一定的約束作用。這種約束作用主要表現在對地下室水平位移的約束，而對豎向位移和豎向轉動的約束作用十分有限，一般可以忽略不計[3]。《筏基規范》將“地下室的四周外墻與填土緊密接觸”作為判定上部結構嵌固部位的重要因素，地下室四周回填土對地下室側向剛度的貢獻一般是地下室結構自身剛度的3倍以上，在實際工程中，要注意地下回填土的質量。因此在建筑結構分析與設計中，上部結構、地下室、基礎和地基應作為一個整體統一考慮。

三、復雜上部結構嵌固端的分析與研究

在實際工程中，上部結構的嵌固端的確定往往比較復雜，如：當主樓地下室頂板與裙房或純地下室頂板標高錯位時；當地下一層與首層的剛度比不滿足要求時；當地下室頂板開大洞，完整性不滿足要求時，結構的嵌固端的確定比較困難，建議應采用包絡設計方法，進行不同嵌固部位的多模型比較計算，取不利值設計，幾種情況見下圖a,b,c。

圖a圖b圖c

圖a是將地下室頂板作為上部結構的嵌固端計算，主要是用于結構整體計算指標的把握；圖b是將上部結構的嵌固端確定在地下一層地面；圖c是將上部結構嵌固端確定在基礎頂面。

在對高層建筑進行結構分析計算時，不同的嵌固端位置將直接影響整個結構體系的自振周期、地下室抗震等級、水平荷載下的側向位移及地震作用分配和內力控制載面的變化，各桿件的內力包絡圖也將不同，這直接導致不同的配筋結果，對整個建筑結構的安全產生很大影響。因此有必要對幾種情況進行包絡計算，使得到的計算結果更全面，更保守，更能反映工程當中存在的實際問題[4-5]。

四、結論

1.一般情況下，當地下室頂板結構形式、頂板厚度、開洞情況以及剛度比等均需滿足一定的要求時，盡量將地下室頂板作為嵌固端，這樣結構受力合理，加強部位明確，地下室結構的加強范圍高度較小，是最為經濟的選擇。

2.建筑結構分析與設計中，結構上部樓層的構件應該盡量豎向連續，嵌固部位樓板要做到足夠強，從而有效傳遞上部結構的水平剪力；同時也要考慮地下室外回填土對結構的約束作用，使上部結構、地下室、基礎和地基形成一個整體。

3.當結構比較復雜，嵌固端確定比較困難時，應進行不同嵌固部位的多模型比較計算，采用包絡設計方法，取最不利值設計，使得到的計算結果更全面，更保守，更能反映工程當中存在的實際問題。