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摘要：嵌固部位的确定是结构设计中非常重要的一项指标，它是高层建筑计算模型中的一个重要假定，嵌固部位的正确设定直接关系到结构计算模型与结构实际受力状态的符合程度，本文对嵌固部位的合理选择及应符合的要求进行简单探讨，提出结构设计上的建议。
关键词： 高层建筑；地下室；嵌固端
高层建筑因建筑使用功能和结构要求一般设有地下室，具体层数根据甲方及实际情况确定。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，地下室结构加强范围高度较小，结构设计经济性好，地下室顶板通常作为上部结构的嵌固部位，即嵌固层，当不满足相关要求时，应将嵌固层下移。结构设计时，嵌固层选择的合理与否直接关系到建筑的安全，同时关系到工程造价的高低，因此甲方、设计单位、审图公司、优化公司等相关各方非常重视嵌固层的选择。
1.嵌固端的概念
从力学角度看，嵌固部位是一个点或一条线（如果拿这一死标准去衡量工程实际中的嵌固部位，显然很难满足），而从工程角度看，嵌固部位是一个区域，只有相对的嵌固，没有绝对的固定（实际工程中不存在理论上的绝对嵌固部位）。我们通常所说的嵌固端即为出现预期塑性铰出现的部位。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。对于软件应用时，如地下室顶板处满足嵌固端条件，土体对顶板的约束作用大小可由用户修改决定。
2.地下室顶板作为嵌固部位时，应符合的要求
2.1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。
2.2地下室三面覆土一面无覆土的情况也不能作为上部结构的嵌固端。
2.3《抗规》6.1.14地下室顶板作为嵌固部位时，应符合的要求：
2.3.1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，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；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，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25％。
2.3.2 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。
2.3.3 地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除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；
2.3.4 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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3.关于嵌固端常见问题的处理
3.1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，目前很多高层住宅小区项目，地下均设置1~2层地下车库，主楼周边与地下车库相连，周边无挡土墙，车库上层为设备管道夹层，周围与土接触，四周设挡土墙，且夹层层高一般为2.0~2.5米，设备夹层刚度较大，与地上一层刚度比大于2，很多设计者将嵌固端定在正负零层，根据《抗规》6.1.3条“当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级与上部结构相同，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”的规定，将夹层以下层抗震构造措施的抗震等级逐层降低，已达到节约成本的目的， 此种设计方法满足规范要求，但忽视了设计除了满足夹层刚度大于首层刚度2倍的同时，也要保证夹层以下各层刚度与首层刚度比均要大于2，以免造成嵌固端以下其他层薄弱，未进行加强，给结构带来安全隐患。
3.2地下室顶板应避免开设大洞口，此规定的目的就是要确保上部结构嵌固部位的整体性。常有建筑因设置下沉式广场、商场自动步梯等导致楼板开大洞，对楼板整体性削弱太多，此种情况规范并未对开洞率做出量化标准，设计者应根据具体情况分析是否适宜作为嵌固端。
3.3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，按规范取地下室顶板厚度180mm未免过于保守和浪费，板厚可以根据层数、抗震设防烈度、建筑重要程度适当减小。对于100mm以上的高层和超高层建筑地下室顶板厚度宜适当增大。对于地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，地下室顶板厚度也不宜太薄。
3.4有一种概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部结构切开，对上部结构单独进行计算，笔者认为这种观点并不严谨，首先是对嵌固端的概念模糊，这里的嵌固端并不是力学上的嵌固端，如果分开建模则认为地下室顶板对上部结构完全约束，与实际情况不符；其次按高规规定地下一层以下可以不计算地震作用，但没说不用考虑地下室的位移，对于带地下室和从地下室切开的方法分别建模，其位移角和周期分别发生较大变化，误差不可忽略。
4.设计建议
地下室顶面通常具备满足上述嵌固部位要求的基本条件，一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面，这样是最经济的选择，这也是为什么一般工程都应该选择地下室顶面作为嵌固部位的原因。嵌固部位越降低，总加强范围约大，因而结构的费用越高。当地下室顶面无法作为上部结构的嵌固部位时，对于一层地下室，可按《高层建筑箱型与筏形基础技术规范》JGJ6-99的要求将嵌固部位取在基础顶面；对于多层地下室，可按《抗规》6.1.14确定结构的嵌固部位，并应考虑地下室外围填土对地下室刚度的贡献及地下一层对上部结构实际存在的嵌固作用，对地下室顶板采取相应的加强措施，对首层及地下一层的抗侧力构件采取适当的加强措施，必要时可采取包络设计方法。
结束语
高层建筑嵌固层的选择不仅关系到安全，同时也关乎经济和造价成本。根据《抗规》《高规》等规范合理选择嵌固层，同时应考虑工程实际，理论计算嵌固和实际嵌固是否一致。在运用STAWE软件计算时应合理选择参数，保证参数和设计意图一致，对软件结果应分析，判断正误，切记直接根据计算结果配筋，对有疑义的，应找出原因调整，甚至反复调试直至合理正确，才可继续设计和绘制施工图。
参考文献
【1】建筑抗震设计规范.GB50011-2010(2016年版).北京.中国建筑工业出版社
【2】建筑抗震设计规范应用与分析.GB50011-2010.朱炳寅. 中国建筑工业出版社
【3】谷贵风.关于嵌固端的探讨[J].PKPM新天地.2013.2（9）.
论文作者:杨洋
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/13
标签：地下室论文; 顶板论文; 部位论文; 结构论文; 刚度论文; 地下论文; 纵向论文; 《城镇建设》2019年第11期论文;