摘要：建筑结构设计中，正确选取上部结构的嵌固部位是非常重要的环节，对于确定建筑结构的高度、抗震等级、基础埋深等参数具有决定性的意义。
关键词：嵌固部位；山区建筑；实现嵌固
一、建筑结构嵌固部位的定义
建筑结构的嵌固部位，顾名思义就是上下两部分结构，通过一定的连接方式结合成一体，让它们之间没有相对位移和转动，这个连接部位，就被称为上部结构的“嵌固部位”。
二、确定嵌固部位的重要意义
建筑结构设计中，正确选取上部结构的嵌固部位非常重要，对于确定建筑结构的高度、抗震等级、基础埋深等参数具有决定性的意义，关系到整个结构体系的合理性、结构受力分析的正确性、构件计算结果的准确性、结构设计的安全性和整体结构的经济性，是结构设计的关键起点。
三、嵌固部位的确定及条件
上部结构的嵌固部位，一般选距离地面最近的那层板（±0.000标高板），这是最合理、最经济的选择。该板对上部结构的约束刚度，主要来自于自身的侧向刚度和建筑物地下室周边有效填土的约束刚度（地下室外墙的侧限），能够很好的约束上部结构的相对位移和转动，实现对上部结构的嵌固。
规范规定，嵌固部位结构的等效侧向刚度比不宜小于2。计算方法参照采用《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》附录E公式E.0.1进行计算，此时应合理选取上部结构的相关范围，一般取上部结构范围外扩不超过三跨的地下室范围。
四、地下室顶板作为嵌固部位的技术要求
地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，必须具有足够大的刚度，确保有效传递基底剪力。根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2011）（2016年版）》第6.1.14条规定：地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：
1、地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构；楼板厚度不宜小于180mm，应采用双层双向配筋，每层每个方向配筋率不小于0.25%。
2、结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
3、地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一：1）地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。2）地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍，同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上。
4、地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应小于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。
五、特殊情况下嵌固部位的确定
1、不设地下室时
一般出现这种情况的是多层建筑，拟建场地岩石出露、开挖成本太高时，或是不需要地下室功能时，常常不设置地下室。要特别注意下述情形：
1）为满足埋深要求，桩基础或扩展基础顶面下埋，基础梁设置在地面标高处。这种在基础顶面不设置双向基础梁的情况下，基础顶面无法满足嵌固抗弯和抗剪承载力等要求，如果不采取相关措施，是无法实现有效嵌固的，此时假定基础顶面嵌固的计算简图不成立。处理方法有以下两种：①在基础顶面设置双向刚度较大的基础梁，将原地面标高处的基础梁取消，此时，上部结构的嵌固部位为基础顶面，但要注意首层层高要从基础顶面起算；②在基础顶面设置双向的基础梁，将原地面标高处的基础梁取消，同时在地面标高处设置刚性地面此时刚性地面为上部结构的嵌固部位，首层层高从此标高起算即可。
2）采用柱下扩展基础时，为确保嵌固部位实际有效，保证嵌固部位抗弯和抗剪能力、抗滑移和抗倾覆的稳定性，《结构设计统一技术措施（2018）》规定：“扩展基础的长和宽均不应小于地面以上首层柱直径（或柱边长）的4倍，配筋应满足嵌固部位受力要求”。
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2、嵌固部位的等效侧向刚度不能满足规范要求，地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，应计算地下二层与上部结构首层的侧向刚度比，满足相应的侧向刚度比要求，地下二层仍不能满足时，继续向下验算以下各层的侧向刚度比（始终是与首层相比），最终确定嵌固部位。
嵌固部位向下延伸只是一种计算处理措施，上部结构的嵌固部位实际上变成了包含从地下室顶板到向下延伸的嵌固部位在内的一个嵌固区域。在构件计算过程中，还应同时考虑地下室顶板的实际嵌固作用，按地下室顶板嵌固和向下延伸的嵌固端分别计算，进行包络设计。约束边缘构件应延伸至嵌固端，地下室顶板及其向下延伸的嵌固部位楼层，均应满足嵌固端楼层的构造要求。
地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，是最经济的情况，嵌固部位向下延伸越多，结构需要加强构造措施的范围越大（从地下室顶板到向下延伸的嵌固部位），建设成本也就越高。此时，地下室顶板虽然不作为嵌固部位，但考虑到实际嵌固作用及外侧回填土的作用，也需要加强构造，一般地下室顶板板厚不小于150。
也有例外情况，《结构设计统一技术措施（2018）》规定：“当多层建筑地下一层对上部结构首层的侧向刚度比不满足2且不小于1.5时，地下室顶板仍可作为上部结构的嵌固部位，同时应对回填土的施工质量提出更高的要求。”
3、地下室周边填埋深度高差较大时
在山区，由于建筑场地地形高差，经常出现地下室某一边填土很少，甚至负一层完全露在外部的情况。这种情况下若不能将地下室顶板作为嵌固部位，对项目有如下影响：（1）影响地下室的使用。如果是多栋建筑共用地下室，顶板不能实现嵌固的话，需要在地下室顶板设置很多道变形缝，变形缝的防水处理难度大，且影响地下室空间外观，同时占用地下室的空间，影响功能分割；（2）增加工程造价。上述变形缝位置需要设置双柱，变形缝的处理也增加很大成本。
为了创造条件使地下室顶板符合嵌固部位的要求，通过PKPM软件选取几种工况：
（1）计算地下室顶板作为嵌固部位的正常情况（假定周边回填土对称，且满足侧限要求）；
（2）将负一层不定义为地下室，主楼位于地下室中部；
（3）在（2）模型中地下室比主楼柱扩出去一跨；
（4）将负一层不定义为地下室，主楼边柱与地下室外墙平齐；
（5）在（2）模型中侧墙上将有填土的三边附加土压力（考虑填土及地面荷载）；
（6）将负一层不定义为地下室，将（1）计算的首层柱底剪力施加到地下室顶板层柱上。
将上述6种情况进行建模计算，（2）~（6）将板定义为弹性板，结果如下：
（1）在（2）工况下，地下室顶板与首层的侧向刚度比大于2，抗倾覆指标Mr/Mov比（1）工况减小约8%，最大位移增加了约10%，最大层间位移角增加约10%，梁、柱、墙计算结果差别很小；
（2）在（3）工况下，所有指标与（2）工况差别很小；
（3）在（4）工况下，最大位移比较（3）增加了约10%，嵌固刚度比减小约10%，抗倾覆指标Mr/Mov比（3）工况减小约60%，梁、柱、墙计算结果差别很小（约2%）；
（4）在（5）工况下，负一层柱配筋比较（1）增加约15%，其他指标差别不明显。
从上述结果可以看出，地下室顶板与首层的侧向刚度比大于2，满足规范的要求，但是由于一边土没有提供侧限，相关范围内的柱应加强截面和配筋，若主楼与地下室一侧平齐时，需要采取一定的抗倾覆措施。同时为了保证水平力的有效传递，将地下室顶板按照比嵌固部位更严格的要求进行设计，是可以实现嵌固的。此时，地下室顶板可以作为上部结构的嵌固部位。
结语
随着国家经济水平的快速增长，高层建筑的应用更加普遍，发展更为多样化，高度更高、地下室层数更多、造型更奇特、功能更融合，为确保建筑物的安全，更好的实现建筑功能，为城市增添更多的风景，在结构设计时必须要准确定义上部结构的嵌固部位。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）
[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）
[3]《结构设计统一技术措施2018》
论文作者:王春林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/20
标签：地下室论文; 顶板论文; 部位论文; 结构论文; 刚度论文; 基础论文; 工况论文; 《基层建设》2019年第20期论文;