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摘要：高层建筑结构嵌固部位的选取直接影响到上部结构力学模型的建立，只有正确选取嵌固端的部位才能准确计算上部结构的内力及配筋，并通过嵌固端相关构造措施的正确实施确保上部结构塑性铰在预期的部位产生，故嵌固端的合理选取至关重要。本文主要对高层建筑结构嵌固端的理解及运用进行探讨。
关键词：嵌固端；概念；合理选取；注意事项
1 嵌固端的概念
1.1 力学意义上的嵌固端
力学意义上的嵌固端是指嵌固端完全约束，即水平位移、竖向位移和转角位移均为零。
1.2 规范意义上的嵌固端
规范意义上的嵌固端是指上部结构预期塑性铰出现的部位。因此规范嵌固端是强度嵌固而非力学嵌固。由于地下室土体对地下室顶板的影响，高层建筑在地震作用下会发生变化。规范要求地下室结构的刚度和承载力适当加强，可以考虑地下室顶板为上部结构的嵌固部位，确定嵌固部位可以通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现。规范嵌固端相关条文均以地下室顶板作为上部结构嵌固端为前提进行规定，具体的主要规定如下:
1）如果地下室的上部结构嵌入屋顶为现浇梁结构，则楼板的混凝土强度等级不得低于C30，楼板的厚度不得低于180mm。应采用双层双向配筋，且每层每个方向配筋率不宜小于0.25％。
2）这里应注意地下室的顶板应避免大开洞，主楼范围内的顶板与纯地下室顶板的高差不应过大。
3）高层建筑结构整体计算中当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。这里的地下室应为全埋地下室，地下室的四周外墙与填土紧密接触，地下一层刚度可考虑相关范围内刚度，刚度比为剪切刚度比。相关范围一般指上部主楼外扩不大于三跨的地下室范围。
4）地下一层柱每侧的纵向钢筋面积不小于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍，且地下室顶板梁柱节点左右端截面与下柱上端同一方向实配受弯承载力之和不小于地上一层对应柱下端实配的受弯承载力的1.3倍。
5）抗震设计的高层建筑当地下室顶层作为上部结构嵌固端时，地下一层相关范围的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。
2 实际工程中嵌固端的合理选取
在工程实践中，地下室顶板在满足规范要求的前提下，应尽量选择把将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶板，因为地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，结构的加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，结构设计的经济效益较好。这也就是为什么一般工程都应该优先选择地下室顶面作为上部结构嵌固部位的原因。但实际工程中也常遇到无法选取地下室顶板作为上部结构嵌固部位的情况：主楼地下室顶板与主楼外地下室顶板存在较大高差；地下室顶板在主楼及相关范围内存在较大洞口；地下一层与上部一层剪切刚度比小于2；地下室为非四边全埋地下室等情况。下面介绍几种工程实践中较常遇到的复杂情况及处理方法:
近年来涌现大量高层住宅小区，小区内高层住宅上部结构体系采用剪力墙结构体系，小区地下室为满布的地下室，面积较大，主楼外的地下室采用框架结构体系，这样就造成高层住宅主体结构与地下室外墙相距甚远，地下室主楼范围内及相关范围内增加的侧向刚度有限，往往无法满足剪切刚度大于上部结构一层2倍的要求。这种情况下结构嵌固端的确定是比较困难的，建议采用包络设计方法进行不同嵌固部位的多模型比较计算,取不利设计，具体方法如下:
1）把地下室顶板当做上部结构嵌固端计算，主要掌握整体结构计算指标，
一楼及上部楼层结构设计，地下室与上部结构相关构件设计时，可考虑由地上一层向下延伸。
2）将上部结构的嵌固端确定在地下一层或基础顶面进行比较计算，确定嵌固部位下移对结构弹性层间位移角的影响等问题。
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3）主楼地下室顶板与主楼外地下室顶板存在高差的情况，若高差不大于地下室主梁高度时可采取加强措施处理，如在高差处梁板均进行加腋处理，以增强地下室顶板平面内刚度，加强地下室顶板对上部结构的转动约束，有利于主楼内力在地下室的扩散，通过构造加强后仍可选取地下室顶板作为上部结构嵌固端。若高差大于地下室层高的1/3时，则不应选取地下室顶板作为上部结构嵌固端。
4）主楼范围及相关范围内地下室顶板存在较大开洞的情况，这种情况下应视洞口所在位置，分析主楼内力在地下室顶板的扩散路径，当洞口的存在影响内力在地下室的传递时，应将无法传递主楼内力的地下室部分在相关范围内去除，再进行刚度比的计算，并综合分析其它嵌固端的相关要求，以确定地下室顶板是否可作为上部结构嵌固端。
3 嵌固端相关构造措施的几点注意事项
1）地下室顶板不管是否作为上部结构嵌固部位，底部加强区高度均从地下室顶板算起。
2）地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下1层框架柱比上部1层框架柱超配的纵向钢筋不应伸入上部一层的框架柱内，应锚入顶板框架梁内。
3）上部结构嵌固部位不在地下室顶板，但仍需考虑地下室顶板对上部结构实际存在嵌固作用时，地上首层柱端箍筋加密区长度范围及纵筋连接位置均按嵌固部位要求设置。
4 高层建筑结构嵌固端的确定及技术分析
4.1 单层地下室的建筑结构进行分析
如果高层建筑在设计的过程中只有单层地下室，在结构嵌固端确定的时候则会选择基础底板作为结构嵌固端，这样能够充分的利用基础的刚度性能，为高层建筑首层楼面的结构选型奠定了坚实的基础。同时需要注意的是，在确定结构嵌固端的时候，一定要按照规范的规定进行，保证地下室负一层的抗震等级要和上部结构保证一致性，这样能够更好的保证建筑物的稳定，提升抗震性能。加之将地基底板作为结构嵌固端，也能够有效的节约造价，为施工企业获得较多的经济效益，达到一举多得的效果。
4.2 高层建筑的基础埋深角度进行分析
在确定高层建筑结构嵌固端的过程中，一定会充分的考虑到基础埋深的问题，对于高层建筑物来讲，基础需要有一定的埋深，才能够保证整个结构的稳定性，同时也能够在一定程度上降低地震带来的影响。所以在确定结构嵌固端的过程中一定要考虑好这个问题。
4.3 投影面积比例的角度进行分析
通常情况下，高层建筑物在地下室顶板上的投影面积比例大小，将会直接影响到将首层作为结构嵌固端的做法，因此说在实际确定的时候需要对这一问题进行认真分析。如果当这一投影面积的比例大于一的时候，如果首层楼面符合其作为结构嵌固端的相关要求，则可以将其确定为结构嵌固端。但是如果投影的面积比例小于一的时候，则表明地下室侧限离塔楼胶原，如果说塔楼发生侧向位移，将会影响到嵌固端的刚度，并且会增加上部结构侧移的情况，这时首层骨架构件也会因为自身的变形产生附加内力，这样将会对整个建筑物的稳定性造成影响，所以说为了避免这种情况的发生，在实际确定高层建筑结构嵌固端的过程中，一定要考虑到投影面积的比例，运用相关的技术措施有效的解决这一因素对嵌固端确定的影响。
结束语
总之，只有准确理解嵌固端的概念，才能在工程实践中合理选取嵌固端的位置。对于工程实践中遇到的复杂情况，应在准确理解嵌固端概念的基础上，注重概念设计，并运用多模型包络设计的方法，科学地解决与嵌固端相关的复杂问题，以期给广大工程设计人员在工程实践带来帮助。
参考文献
[1]邢刚,张盼盼,肖龙.地下室顶板作为上部结构嵌固部位技术条件分析[J].四川建筑科学研究,2014(6):39-40.
[2]潘近乐.设计中高层带地下室结构嵌固端的合理选取[J].中国建筑金属结构.2013(2):125.
作者简介
姓名：吴胜番，性别：男，身份证号码：4203231986****3414。
姓名：杜狂贺，性别：男，身份证号码:1301251983****5514。
姓名：王煜，性别：男，身份证号码：5102021983****2617。
论文作者:吴胜番1,杜狂贺2,王煜1
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/6/5
标签：地下室论文; 顶板论文; 结构论文; 刚度论文; 部位论文; 主楼论文; 范围内论文; 《基层建设》2018年第9期论文;