甘肃省城乡规划设计研究院 甘肃 兰州 730000
摘要：确定建筑结构嵌固端位置对计算结果的真实性和准确性有较大的影响，正确选取结构嵌固端，不仅影响诸如位移角、基底剪力、刚重比等结构整体指标，而且对结构构件内力分布、配筋等均有影响。结合规范对嵌固端的计算和相关构造要求，对地下室顶板嵌固条件以及对地下室顶板不嵌固的处理方式进行阐述，同时结合结构设计软件对规范与嵌固端相关的整体指标、构件内力指标与配筋处理等，加深结构设计人员对结构嵌固端相关问题的理解及对实际工程问题的处理能力。
关键词：嵌固端；刚度比；
1、前言
对于嵌固端是一个老生常谈一个问题，对嵌固端这个概念部分设计人员是比较模糊的，只是机械的参照规范的比值来确定，虽然无论选择哪个部位作为结构嵌固端，都可以通过结构计算程序获得相对准确的计算结果，但是我们期望的是计算结果较真实地反映结构的实际情况，从而使结构体系安全合理。然而选择合理的嵌固部位对结构的安全和经济起着重要的作用，正确选取结构嵌固端是结构设计中的一个重要环节。高层建筑在进行结构分析计算之前应该先确定结构嵌固端的所在位置，而影响嵌固端位置、嵌固端的选取不仅仅简单是一个计算刚度比的问题，应该属于概念设计的范畴。
2、嵌固端的理解
我们通常所说的设计嵌固端即为出现预期塑性铰的部位、并非力学嵌固概念（水平位移、竖向位移和转角均为0），规范多处提及的嵌固端的概念，提出的各种措施均为保证剪力墙或柱在嵌固端以上部位首先发生屈服，对嵌固端以下部位应采取相应的加强措施。规范中的嵌固端，涉及到结构设计中的强度、刚度及延性，其重点是得到较为准确的计算模型及保证抗震作用下的延性。通过确定嵌固端，得到清晰准确的计算模型进行内力分析、配筋设计及规范指标判定。
3、地下室顶板满足嵌固端的条件
能否作为地上结构的嵌固部位是根据周围的环境条件来判断的，即地下室周围必须有覆土，室内外高差不能太大，这样才能保证地震剪力的可靠传递。
《抗规》6.1.14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；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每个方向的配筋率不宜小于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（注：《建筑地基基础设计规范》中8.4.25条对侧向刚度比要求应不大于0.66）；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
（3）地下室顶板对应与地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外、尚应复核下列规定之一。
1）地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的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，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。
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需要说明的是如果相关范围以外的侧限离主楼很远，那么周围土对主楼地下室的影响就很小了，这时即使地下一层能满足刚度比的计算要求，从概念上讲也不宜将地下室顶板作为上部结构的嵌固部位。
4、合理选择嵌固端
《高规》中3.5.2-2中“对于底部嵌固层，该比值不宜小于1.5”与《抗规》6.1.14-2“结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层的侧向刚度的0.5倍”这两条规定并不矛盾，前者指嵌固端上一层与上二层的侧向刚度比不宜小于1.5，这里包括有地下室（不满足嵌固条件）和无地下室两类情况。后者指的是当地下室顶板处满足嵌固条件时，嵌固端下一层与嵌固端上一层的侧向刚度比不宜小于2。
当地下室顶板达不到嵌固部位的要求时，可参考张维斌《多层及高层钢筋混凝土结构释义及工程实例》一书所述，对于层数大于等于3层的地下室，可将结构嵌固部位置于地下一层底板。这时应该满足以下两个条件：第一、地下一层的剪切刚度应大于地上一层的剪切刚度。第二、地下二层的剪切刚度应大于地下一层的剪切刚度，并应大于地上一层剪切刚度的2.0倍。
当地下室顶板能满足嵌固端规定时，宜把地下室顶板作为结构的嵌固部位，这样的做法符合实际情况，地下一层和首层刚度突变，地下室顶板以上将会出现塑性铰而不会在地下部位出现，并且这种做法也最为经济。
相关范围地下一层的侧向刚度比不能满足规范的要求，而紧邻相关范围以外就是侧限，则要考虑在实际情况下的嵌固部位，这时虽然按规范不能将嵌固端作为地下室顶板，但是实际上地下室顶板也可能是预期塑性铰出现的部位，为保证结构的安全性宜按地下室顶板作为嵌固部位时的构造措施予以加强。
5、关于嵌固端的常见问题
对于多层和小高层建筑来说，当选择地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，为保证塑性铰不要出现在地下室，而出现在地上楼层，规范要求地下室结构的刚度和承载力做适当加强。
对于地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，地下室顶板厚度不宜太薄，且也应该双层双向配筋，一方面是由于地下室顶板虽然不满足规范计算嵌固端要求，但也可能是实际可能出现塑性铰的部位，另一方面是由于地下室顶板作为上部结构的施工平台，施工荷载有时会比较大，而且施工到地下室顶板时可能会有一段时间暴露在外，双层双向配筋能有效的减少温度裂缝。
规范对于刚度比的判断是剪切刚度比，未考虑周围土体的侧限对侧向刚度的影响，但土体约束影响结构整体计算的刚度及内力，进而影响配筋。地下室土体约束大小规范并没有给出具体数值，但是土的类别对结构的约束作用有很大的区别，不能全部忽略。
有种观念认为如果地下室顶板满足嵌固端的相关规定，可以考虑从嵌固端位置将上下部结构切开，对上部结构单独进行计算，这种观念的依据是《高规》条文说明：“带地下室的高层建筑，当地下室顶板可视作为结构的嵌固部位时，地震作用下结构的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层；地面以下结构的地震响应应逐渐减小。”因此规定地下一层的抗震等级不能降低，而地下一层以下不要求计算地震作用，其抗震构造措施的抗震等级可逐层降低。《高规》条文说明第3.9.5条中，“相关范围”一般指主楼周边外延1~2跨的地下室范围。个人认为这种方法不是很准确，高规的精神是地下一层以下可以不计算地震作用，但是没有说明不用考虑地下室的位移，完全分开建模则是认为地下室顶板对上部结构完全约束，这与实际的情况有些不符。通过分析用带地下室和从地下室切开的方法分别建模，发现对周期和位移均有一定的影响，对结构的配筋也有一定的影响。为确保结构设计安全建议在设计中宜采取按照带地下室模型整体计算与不带地下室模型计算两种方式进行计算，不论嵌固部位如何取值，结构力学计算模型的嵌固位置均宜选在基础顶面，包含地下室，对结构配筋采取包络设计。
6、结束语
结构设计过程中，实际工程千变万化，只有深刻理解嵌固端的含义才能根据实际工程情况选择合理的嵌固部位，作为结构设计人员不能机械的照搬规范，选择的计算模型要与实际相符，并且要采取一定的措施去实现自己的合理假定。
论文作者:张东昇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/19
标签：地下室论文; 顶板论文; 刚度论文; 结构论文; 部位论文; 地下论文; 地上论文; 《防护工程》2018年第16期论文;