馬偉

青海建筑勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 青海西寧 810001

摘要：本文以高層建筑嵌固為例，首先介紹了高層建筑嵌固部位在設(shè)計(jì)中的選取，同時(shí)重點(diǎn)闡述了嵌固部位設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以確保建筑物的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：高層建筑；嵌固部位；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、高層建筑嵌固的含義概述

1.1 計(jì)算嵌固端（計(jì)算模型的嵌固端或力學(xué)嵌固端或剛度嵌固端）

1.2 抗震嵌固端（預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部分或強(qiáng)度嵌固端）其實(shí)這兩個(gè)嵌固端之間沒(méi)有直接聯(lián)系，而是指的一個(gè)事物的三方面，剛度、強(qiáng)度及延性。

高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，多數(shù)高層建筑都帶有面積較大的地下室，大底盤上有高層建筑，有層數(shù)不多的裙房，也可能只有地下室無(wú)地上建筑，一般地下室周邊的擋土，在平面內(nèi)有很大的剛度，墻外土體對(duì)地下室有很強(qiáng)的約束，包括前方被動(dòng)土壓力及側(cè)面土摩擦力，限制了側(cè)向位移，導(dǎo)致高層建筑在地下室頂部產(chǎn)生剛度突變。在地震作用下，很有可能使高層建筑的塑性鉸由基礎(chǔ)頂部轉(zhuǎn)移到地下室頂部以上?！兑?guī)范》規(guī)定高層建筑地下室結(jié)構(gòu)的剛度和承載力適當(dāng)加強(qiáng)，可以考慮地下室頂部為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，所謂嵌固部位也就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)部位。確定嵌固部位就可以通過(guò)剛度和承載力調(diào)整迫使塑性鉸在預(yù)期部位出現(xiàn)。

2、高層建筑嵌固部位的選取要點(diǎn)

2.1 帶地下室高層建筑嵌固在地下室頂板部位的條件，滿足以下條件可以做為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位。

①地下室層數(shù)不少于2層；

②地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。

GoAoh1

———≥2，Ao，A1︱=Aw-0.12Ac

G1A1ho

該公式中的Go，G1——地下一層及地上一層的混凝土剪變模量；

Ao，A1——地下一層及地上一層的折算受剪面積；

Aw——沿計(jì)算方向，抗震墻全部有效面積；

Ac——地上一層或地下一層的全部柱截面面積，當(dāng)柱的截面寬度不小于300mm且長(zhǎng)寬比不小于4時(shí)，可按抗震墻考慮。

計(jì)算多塔大底盤的地下室樓層剪切剛度比時(shí)，大底盤地下室的整體剛度與所有塔樓的總體剛度應(yīng)滿足上述公式的要求，每棟塔樓范圍內(nèi)的地下室剪切剛度與相鄰上部塔樓的剪切剛度比不宜小于1.5。

當(dāng)有地下室時(shí)。地下室側(cè)壁要有很好的側(cè)限，也就是與“地球”有很好的接壤。半地下室頂板處不能作為嵌固部位就是這個(gè)原因。實(shí)際工程中由于地形的影響，出現(xiàn)了錯(cuò)層，錯(cuò)層部位的基礎(chǔ)部分水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件應(yīng)連成整體從而不考慮側(cè)限問(wèn)題。

③地下室頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成梁板結(jié)構(gòu)體系（不能設(shè)計(jì)為無(wú)梁樓蓋）。

2.2 當(dāng)高層建筑無(wú)地下室時(shí)。①當(dāng)基礎(chǔ)埋置較淺時(shí)，無(wú)論采用天然地基基礎(chǔ)還是樁基礎(chǔ)，都是以基礎(chǔ)（承臺(tái)）頂面作為嵌固部位，而且在此標(biāo)高處縱橫兩個(gè)方向應(yīng)設(shè)剛度較大的梁連接，此時(shí)首層層高計(jì)算高度取至基礎(chǔ)（承臺(tái)）頂面。②當(dāng)基礎(chǔ)埋置較深時(shí)，通常在地面標(biāo)高處設(shè)剛性地面作為結(jié)構(gòu)嵌固部位，首層的計(jì)算高度取至剛性地面?；A(chǔ)（承臺(tái)）頂面與地面之間高差較大時(shí)，如果首層計(jì)算高度還是取至基礎(chǔ)（承臺(tái)）頂面，這樣層高過(guò)大，墻、柱截面相應(yīng)也比較大，容易形成薄弱層，這樣做既不經(jīng)濟(jì)也給結(jié)構(gòu)帶來(lái)了不利。

2.3 地下室一層頂板作為嵌固部位時(shí)。①地下室一層的抗震等級(jí)應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同，地下室一層以下樓層結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。②地下室頂板應(yīng)避免開(kāi)設(shè)大洞口（地下室頂板必須具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效傳遞地震基底剪力）地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍一般可從地上結(jié)構(gòu)（主樓、有裙房時(shí)包括裙房）周邊外延不大于20m的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)；其樓板厚度不小于180mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜小于C30，應(yīng)采用雙層雙向配筋，且每層每個(gè)方向的配筋率不宜小于0.25%。③地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對(duì)應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍，且地下一層柱上端和節(jié)點(diǎn)左右梁端實(shí)配的抗震受彎承載力之和應(yīng)大于地上一層柱下端實(shí)配的抗震受彎承載力之和的1.3倍（用于框架結(jié)構(gòu)）。特別注意當(dāng)框架柱嵌固在地下室頂板時(shí)，位于地下室頂板的梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)按首層柱的下端為“弱柱”設(shè)計(jì)，即地震時(shí)首層柱底先屈服、出現(xiàn)塑性鉸，但地下室一層對(duì)應(yīng)的框架柱不應(yīng)屈服。截面抗震受彎承載力所對(duì)應(yīng)的彎矩值，應(yīng)根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值、實(shí)配鋼筋面積和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等確定。④地下一層抗震墻墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面面積（用于剪力墻結(jié)構(gòu)）。

3、高層建筑嵌固部位的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的地下室頂框架梁柱的抗彎剛度要足夠大，保證首層柱的下端為“弱柱”設(shè)計(jì)，即地震時(shí)首層柱底屈服、出現(xiàn)塑性鉸。為避免框架柱在嵌固部位過(guò)早屈服，影響結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力，地下室頂板及其下層豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，以符合作為嵌固部位的要求。梁端截面實(shí)配的受彎承載力應(yīng)根據(jù)實(shí)配鋼筋面積（計(jì)入受壓筋）和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等確定；柱端實(shí)配的受彎承載力應(yīng)根據(jù)軸力設(shè)計(jì)值、實(shí)配鋼筋面積和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值等確定。①地下一層柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，還應(yīng)比地上一層對(duì)應(yīng)的柱大10%以上；地下一層梁端頂面和底面的縱向鋼筋應(yīng)比計(jì)算值增大10%采用；②地下一層柱每側(cè)的縱向鋼筋面積比地上一層對(duì)應(yīng)的柱大10%以上，且地下室頂板梁柱節(jié)點(diǎn)左右梁端截面與下柱上端同一方向?qū)嵟涞氖軓澇休d力之和不小于地上一層對(duì)應(yīng)柱下端實(shí)配的受彎承載力的1.3倍。

3.2 地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)控制在嵌固部位以上一定高度范圍內(nèi)發(fā)生屈服，出現(xiàn)塑性鉸。這個(gè)高度范圍作為底部加強(qiáng)部位，應(yīng)加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，提高其彈塑性變形能力，加大結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。地下室與上部對(duì)應(yīng)的剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積不應(yīng)小于地上一層對(duì)應(yīng)的剪力墻墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積。當(dāng)?shù)叵乱粚觽?cè)向剛度與地上一層側(cè)向剛度比值滿足地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的要求，但由于首層建筑功能的要求，地下室頂板開(kāi)有大洞口時(shí)，地下室頂板不能作為結(jié)構(gòu)嵌固部位，此時(shí)應(yīng)下移嵌固部位位置。

3.3 當(dāng)高層建筑僅設(shè)單層地下室時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者通常選擇地下室底板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位。這是因?yàn)楦邔咏ㄖ叵率业装鍛?yīng)進(jìn)行防水設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)厚度不小于250mm，這樣可以充分利用地下室底板和基礎(chǔ)的剛度。不過(guò)，此時(shí)仍然建議在設(shè)計(jì)時(shí)，將頂板處按嵌固部位的要求進(jìn)行處理，并采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)在地震作用下，地下室很少發(fā)生嚴(yán)重破壞，基本都是上部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。選擇地下室底板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位，由于降低了對(duì)地下室頂板的要求，首層樓面設(shè)置大孔洞，也不影響結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性，可以滿足首層建筑功能的靈活布置，反而可能取得較好的使用空間。此時(shí)，由于結(jié)構(gòu)計(jì)算嵌固部位位于地下室底板，剪力墻底部加強(qiáng)部位宜向下延伸到計(jì)算嵌固部位，底部加強(qiáng)部位的高度仍從地下室頂板算起。以地下室底板作為嵌固部位不會(huì)造成地下室結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的提高，不會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的損失。

3.4 高層建筑沒(méi)有設(shè)置地下室時(shí)，通常情況下嵌固部位就是結(jié)構(gòu)的底部。高層建筑不設(shè)地下室通常是基礎(chǔ)持力層非常好的情況，或者是層數(shù)不多的小高層，但從抗震設(shè)計(jì)考慮，高層建筑宜設(shè)地下室。當(dāng)高層建筑不設(shè)地下室時(shí)，無(wú)論采用何種類型的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)嵌固部位就是基礎(chǔ)面，即結(jié)構(gòu)的底部。為保證嵌固部位的剛度，應(yīng)該在基礎(chǔ)面標(biāo)高處設(shè)置一定剛度的基礎(chǔ)梁加以連接。這種情況下，首層層高應(yīng)從基礎(chǔ)面算起?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)，底部嵌固樓層層間位移角結(jié)果較小，要求樓層與相鄰上層的側(cè)向剛度比值不宜小于1.5。如果基礎(chǔ)面與首層頂標(biāo)高的距離較大，有些墻體穩(wěn)定驗(yàn)算不滿足要求，需要剪力墻加厚或加長(zhǎng)。這些或多或少的影響首層建筑功能。高層建筑沒(méi)有設(shè)置地下室時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者通常不增加首層剪力墻厚度及框架柱斷面，而是在地面標(biāo)高處做結(jié)構(gòu)處理（例如：增設(shè)梁板結(jié)構(gòu)層），仍選擇基礎(chǔ)底板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種處理，不但能保證嵌固部位形成，而且使實(shí)際設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖很好的符合。

4、結(jié)束語(yǔ)

由于各個(gè)單體工程建筑面積、建筑風(fēng)格和建筑功能等的差異，結(jié)構(gòu)要求是不同的，高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取不是固定的。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們期望的是結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的力學(xué)模型能較好的反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。因此，在確定嵌固部位的位置后，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取哪些措施，如何保證其成為真正的嵌固部位，是設(shè)計(jì)者應(yīng)該不斷探索的。

參考文獻(xiàn)：

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【2】GB50011一2010建筑杭震設(shè)計(jì)規(guī)范，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010

【3】張維斌《對(duì)確定結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的一點(diǎn)看法》