摘要：高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况。根据不同情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性，以及结构局部的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨，并由此引伸出若干相关的技术问题。
关键词：嵌固端；地下室；基础及埋深
1 嵌固部位的概念
嵌固部位就是预期塑性铰出现的部位，结构下部的嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移，并将上部结构的剪力全部传递给下部结构，因此对作为主体结构嵌固部位的地下室楼层的整体刚度和承载力应加以控制，并通过对结构刚度和承载力的调整，使塑性铰出现在预定的部位。
2 嵌固端的条件
首先要了解嵌固的概念，高规和抗震规范所指的嵌固是指强度嵌固而非力学嵌固，是指塑性铰出现在预期的部位，即柱的下端，而不是出现在梁柱节点两侧梁上。
2.1 无地下室建筑
高层建筑不设置地下室通常是针对层数较少的小高层，或基础持力层较浅的情况，从抗震角度出发这种做法不宜采用的。但工程中时常能遇到这种情况的建筑，这就需要人为地加强结构措施。不论采用天然地基基础或者桩基础，结构嵌固端均应从基础（承台）顶面算起，并在该标高处沿两个主轴方向设置具有一定刚度的基础拉梁，建筑外围设置地下连续墙，在地面标高处设置刚性地面并满足配筋率，增大地面下结构整体刚度及稳定性。
2.2 有地下室建筑
地下室结构的布置应保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度和承载力，能将上部结构的地震作用传递到所有的地下室抗侧力构件上。地下室往往有较厚的侧壁，地下水池，人防墙体，从而加大了地下室的侧向刚度。楼板也起到一定作用，如加大楼板厚度，提高混凝土等级，加大配筋率。《高规》规定了，高层建筑整体计算中，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；《抗震规范》更是明确了“相关范围地下一层侧向刚度”，并应满足下列规定：地下室顶板与室外地坪的高差不宜大于600mm，地下室顶板应避免开设大洞口；地下室采用现浇梁板结构；作为嵌固部位的楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。地下一层柱截面每侧纵向钢筋面积不应小于地上一层对应纵向钢筋面积的1.1倍；地下一层柱上端和节点左右梁端实配的受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的受弯承载力的1.3倍；地下一层梁端顶面和底面的纵向钢筋应比计算值增大10%采用。地下室剪力墙边缘构件的配筋不应小于地上一层相对应边缘构件的配筋。
地下室应有良好的侧限，地下室外墙可参与地下室楼层剪切刚度的计算，但当地下室为大底盘多塔楼结构时，外墙与上部主体往往相距较远，则在确定结构底部嵌固部位时，地下室外墙不宜参与地下室楼层剪切刚度的计算。
3 与嵌固端相关的技术问题
上部结构对嵌固端的要求，在工程设计中还可引申出若干相关的技术问题及其正确的设计方法。
3.1 单层地下室
当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩—筏基础时，通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造条件，即使是首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不影响结构计算的准确性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，规范规定地下室一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。即使单层地下室底板是以桩为基础的普通梁板结构，一般情况下仍然取底板处为结构嵌固端，唯一例外的是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其作为上部结构的嵌固端。
3.2 投影面积比例
高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例大小对首层作为嵌固端的结构有着不同的影响。当该比例为1时，若首层楼面符合作为嵌固端的其他条件，则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了；但当上述投影面积比例小于1时，说明地下室侧限远离塔楼，塔楼发生的侧向位移将波及首层楼面并使其发生变形，即使变形量很小，但严格说来首层作为嵌固端的刚度必然小于前一种情况，且变形又增大了上部结构侧移的计算值，同时首层骨架构件也会由于自身的变形而产生附加内力。
3.3 大底盘多塔楼
大底盘多塔楼大多为商住楼，而且由于商用及居住性质不同，对柱网的要求也不同，故通常需设置结构转换层。当大底盘的商用部分层数不多（如仅1层～2层），且结构转换层设于大底盘的屋顶标高处时，塔楼的嵌固端就可考虑取在大底盘的屋顶处，至少在塔楼初算时可以如此假定。这一考虑基于以下两点：（1）既然属大底盘，其楼层面积肯定大于塔楼的投影面积，加上大底盘屋顶设置转换层，故大底盘的楼层平面刚度远大于塔楼的楼层刚度；（2）转换层之上通常为剪力墙、部分短肢剪力墙或异形柱—短肢剪力墙结构，为使转换层上下部的侧向刚度相近，大底盘部分肯定要将原位剪力墙增厚或增加新的剪力墙，从而使塔楼下的大底盘部分具有足够的侧向刚度。目前高层建筑结构计算软件的功能已较为完善，因此大底盘多塔楼建筑均以整体结构进行计算，其嵌固端也不像结构初算阶段选择在大底盘屋顶标高处。
3.4 高层建筑的基础埋深
在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋深问题，高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的整体稳定（包括抗滑），其次有利于减弱地震反应。规范对高层建筑的基础埋深有一量化规定，即“天然地基或复合地基基础，可取H/15，桩基础可取H/180”，但这一规定仅与建筑物的总高H有关，而与其他因素无关。
基础埋深除了与建筑物总高H有关外，还应与控制高层建筑体型重要指标的高宽比风心有关。基础埋深对H/B较大者应偏于严格，而对H/B较小者则可略为放松，不宜做相同处理甚至反其道而行之，否则就违背了基础需一定埋深的原则。除高宽比H/B外，基础埋深还应与高层建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度等因素有关，对地下室面积仅为塔楼投影面积者应偏于严格，相反对有裙房或地下室面积大于塔楼投影面积者则可略为放松。
3.5 首层楼面的活载
作为结构嵌固端的首层楼面（地下室顶板），其正常使用时的活载一般不太大，即使作为商业用途，其活载也仅为3.5kN/m2，但设计中要考虑施工过程中可能产生的施工荷载，对于首层梁板构件取活载8.0—10.0kN/m2则往往是必要的。
此外，该层楼板配置通长面筋，不仅是出于增大刚度的考虑，而且是抵抗混凝土收缩和温度应力的需要，特别是由于开发商的原因可能导致地下室顶板完成后要裸露一段时间（从几个月到几年不等），为了防止或减少由于暴晒或暴露时间过长而产生的裂缝，配置足够的楼板面筋尤为必要。首层楼面考虑较大的施工荷载，其梁板截面就需较大，有利于满足首层楼面作为结构嵌固端刚度要较大的要求。
4 结束语
高层建筑结构嵌固部位的选取是建筑结构设计的重要环节，是结构布置及配筋构造的保障，对保证地基的稳定性具有重要意义。各建筑单位要加强对高层建筑结构嵌固端技术的研究与探讨，推进我国建筑事业的发展。
参考文献：
[1]JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
[2]庞莹．高层建筑体型设计与抗震性能研究初探［J］．山西建筑，2010，36（6）：58-59．
论文作者:陈国霞,丁磊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/26
标签：地下室论文; 结构论文; 刚度论文; 塔楼论文; 底盘论文; 基础论文; 首层论文; 《基层建设》2019年第3期论文;