周建民

【摘 要】隨著城市建筑向密集性、空間型發(fā)展，使得高層建筑在進行前期整體結構設計規(guī)劃時，為了保證結構、造價、安全以及穩(wěn)定性等綜合性能，因此對嵌固端的位置選取就極為重要。本文以高層建筑嵌固端的選取為研究對象，對影響嵌固端的建筑結構剛度、建筑框架結構、非周邊約束等因素進行分析，為高層建筑嵌固端選取提供一定的借鑒和參考價值。

【關鍵詞】高層結構；嵌固端；地下室結構；空間剛度；整體穩(wěn)定性；水平位移

中圖分類號： TU973.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）35-0172-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.074

0 引言

隨著國家對建筑用地加大宏觀調(diào)控，加上高層建筑是衡量一個城市發(fā)展程度的重要標志，使得高層建筑在我國各個城市新建建筑所占的比例越來越多，成為城市發(fā)展成果的炫彩名片，往往成為城市的地標和繁榮的象征，同時也是向界展示城市發(fā)展的重要窗口。隨著這些年全世界氣候變化情況多端，特別是我國這些年發(fā)生的破壞性自然災害增多，如地震、洪水等，這些自然災害對城市高層建筑整體結構的穩(wěn)定性構成了巨大的威脅。地震對高層建筑的破壞機理，從目前國內(nèi)外研究和工程實踐情況來說，還是處于探索和實踐階段，沒有形成一個完整的理論和實踐體系，能完完全全解決自然災害對高層建筑帶來的毀滅性的打擊問題。高層建筑結構的質量分布情況，整體結構剛度在設計和計算的局限性以及在進行設計時對結構所受外界條件設置時所進行的簡化，都影響到建筑結構整體的安全性。目前大部分高層建筑都有地下結構，主要是用作地下停車室和維持整個建筑正常發(fā)揮其功能的設備用房，這使得高程建筑在設計時增加了基礎的深度，這能提高高層建筑整體結構的穩(wěn)定性和抗傾覆能力。

在進行高層建筑設計的過程中，高層建筑嵌固端的選擇是尤為重要的一項設計內(nèi)容，并且嵌固端的位置在進行高層建筑設計時應該首先考慮到，然后再根據(jù)相關規(guī)范進行其他結構，如剪力墻、梁等結構的大小、尺寸進行設計。高層建筑的特點是建筑物必須要有足夠的地基基礎，才能承受建筑的整體受力，而高層建筑地下室是高層建筑的橋梁，承受和傳遞高層建筑受到的外力載荷，使其能夠產(chǎn)生滿足設計要求的剛度和抵抗能力。嵌固端是高層建筑在設計時一個重要的設計假定，其結構和位置影響到整體結構中某些構件的內(nèi)力分布情況，這就會進一步影響結構在外力作用下產(chǎn)生的側移的真實情況以及整體結構的造價費用。

1 高層建筑地下室承載情況對嵌固端的選擇

高層建筑在城市空間的位置受到各種約束，而建筑的功能卻越來越多，也越來越復雜，這就使得高層建筑結構越來越多樣化，也使嵌固端的選擇越來越科學化。地下室在結構上來說，與上部結構形成一個整體，在進行力學分析時，就形成一個共同的位移和變形場，各自的變形機理相互影響、相互約束和相互協(xié)調(diào)。地下室結構的回填土對整體建筑結構的變形有一定的約束作用，因此常常將地下室結構、地基等作為一個整體進行分析，能較好地進行結構分析，同時也能減少相關的設計和建造費用。

地下室是連接地基與上部結構的橋梁，地下室結構主要承受的載荷有：上部建筑自身的重量、水平載荷、地下室自重以及土壓力等。地下室與上部結構組成一個完整的體系結構，使能夠有很好地承受作用力的關系，這樣可以在進行靜力學平衡分析時，可以進行有效地簡化，而且能得到與工程實踐相吻合的結果。當高層建筑采用天然筏板基礎時，可以選擇基礎底板作為結構嵌固端，這是由于天然地基筏板基礎具有“無限”剛度，能為首層樓面創(chuàng)造良好的結構條件，與此同時也不會影響其在進行結構受力分析的準確性。

2 地下室頂板開洞對高層結構嵌固端的影響

高層建筑地下室結構與地基相連，是建筑上層結構的基礎，這樣可以為高層建筑提供合理、安全和可靠的嵌固結構，還可以作為建筑連接的橋梁，將地基與上層建筑能夠很好地連接在一起，形成一個整體結構，最終將整個高層建筑整體的重心降低，有助于提高高層建筑的抗傾覆能力，于此同時也能增加上層建筑整體的穩(wěn)定性。地下室作為高層建筑最底層的結構，需要在頂板上進行開洞來滿足設計的需要，同時也是為了達到建筑物所需要的特定功能。地下室頂板開洞將會降低整體結構的剛性，使其抗變形能力減弱，最終會對上部結構的嵌固作用造成一定的影響。地下室頂板開洞主要包括開洞位置、開洞尺寸和開洞形式等，這將會對高層建筑嵌固端產(chǎn)生影響。

2.1 開洞尺寸對嵌固端的影響

高層建筑受到建筑具體功能的影響時，需要對其結構進行開洞，開孔尺寸大小將影響到頂板的剛度，并且還會降低嵌固上部結構的能力。當建筑結構在受到外部載荷時，地下室頂板開洞尺寸越大，其建筑的結構形式、質量分布等將會受到影響，最終將會影響結構整體穩(wěn)定性。

2.2 開洞形式對嵌固端的影響

高層建筑結構地下室頂板在洞口的不同形狀、個數(shù)、布置方式等將對嵌固端產(chǎn)生影響。頂板開洞的布置方式會對結構整體剛度變化產(chǎn)生不一樣的影響。洞口的個數(shù)太多，會使頂板的變形量變大，將會使頂板的最大應力較為集中，在洞口出現(xiàn)明顯地應力集中現(xiàn)象，這將影響整體建筑的穩(wěn)定性，使得抗傾覆能力削弱，使建筑發(fā)生坍塌的風險加大。

2.3 開洞位置對嵌固端的影響

在對嵌固端進行布置時，應避免在洞口進行布置。當不可避免地在頂板上部設置洞口時，應將洞口對稱地布置在地下室頂板的中間對稱處，雖然局部建筑剛度能滿足要求，但是建筑整體的剛度要求將無法得到保障，最終將無法保證嵌固端完整地發(fā)揮其作用。在進行嵌固端布置時，將根據(jù)實際情況選擇在地下室頂板的合適位置，這樣才能較好地發(fā)揮嵌固端的作用。

3 非周邊約束地下室高層結構嵌固端選擇

復雜的地理環(huán)境，使得城市高層建筑在進行設計時將考慮更多的實際情況，在進行結構設計和分析時將稱之為非周邊約束條件。在帶有地下室和具有非周邊約束的高層建筑來說，其嵌固端的位置確定是結構設計時必須要考慮的部分，其目的就是為了使建筑能夠承受外界環(huán)境的破壞，主要包括地震、風載荷等自然環(huán)境的作用，將會對高層建筑的整體振動周期、水平和側向位移以及內(nèi)力分布產(chǎn)生不同程度的影響。在遇到非周邊約束的地下室頂板時，嵌固端的選擇主要是要在建筑物下層與上層之間能夠形成有效的塑性鉸，才能保證在地震作用和風載荷等環(huán)境因素下能夠通過基礎將載荷傳遞到地基中去，這樣就能減輕結構受到集中載荷而造成結構失穩(wěn)破壞的風險。具體分析如下：

3.1 非周邊約束下地下室風載荷作用分析

在進行高層建筑結構設計時，就必須考慮整體在受到強風這一極端條件的影響，使得風載荷是在進行結構設計時不可忽視的邊界條件。而對于非周邊約束的高層建筑的地下室，風載荷的起點應為室外地坪處，而對于有山地形的高層建筑來說，應該對風載荷系數(shù)進行修正，這樣才能真實地計算出風載荷的影響，才能保證高層建筑整體結構的穩(wěn)定性。對于那些對應面在室外地坪以下時，其受到土的天然約束作用，地下室臨空面在受到風載荷時，能將風載荷通過地下梁傳遞到土體中，使建筑結構之間能夠較好地形成有效的塑性鉸，提高了整體結構的抗變形能力，保證高層建筑整體的安全性。

3.2 非周邊約束地下室地震作用分析

地震發(fā)生時將產(chǎn)生巨大的能量，可以將高層建筑進行摧毀。地震發(fā)生時，實際是地震作為一種波，可以產(chǎn)生橫波和縱波兩種波，根據(jù)橫波和縱波的傳播速度不同，使得建筑在受到地震波載荷作用時，產(chǎn)生左右晃動的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就會使建筑結構的地基帶動地下室結構發(fā)生振動。故地下室就會存在橫向和縱向兩種移動方式。如果基礎設計不合理，將會產(chǎn)生滑移和傾覆現(xiàn)象，地下室與地基出現(xiàn)相對運動，影響整體結構的完整性。

高層建筑處于非周邊約束條件下時，需要將在地下室頂板的上部建筑結構進行嵌固端布置。對于此種結構的地下室結構來說，需要滿足一定的設計和施工條件：（1）地下室結構剛度滿足要求。為了滿足建筑結構設計和實際施工考慮，需要在地下室與地下室頂板之間有封閉外墻的結構，才能保證地下室結構與相鄰結構整體的剛度條件。（2）地下室在整體結構的橫向和縱向上，至少保障在一側上能被完全地約束上，這樣才能保證結構在受到外部載荷時，可以保證整體結構整體地抗傾覆能力。地下層進行加強結構設計，這樣可以減少設計產(chǎn)生的費用和設計周期。（3）剪力墻底進行加強。在剪力墻底部進行結構加強，可以適當?shù)靥岣呒袅Φ某休d能力，同時也能提高在受到地震作用時的抗地震能力，這樣可以在花費較少的設計和生產(chǎn)成本來達到避免墻肢受到外力作用而發(fā)生剪切破壞的情況，從而改善和提高整體結構的抗震性能和抗風載荷的傾覆能力。

4 結束語

總之，高層建筑在進行設計和結構分析之前必須進行對結構嵌固端位置進行確定，這對于高層建筑結構在抵抗外部風載荷、地震載荷等具有重要意義，能夠保證建筑結構的完整性和使用性，也能對在進行實際施工過程中有一定地參考作用，也會對結構設計過程中控制成本有一個合理地正反饋作用。

【參考文獻】

[1]陳振.關于高層建筑結構設計中地下室嵌固作用的思考[J].建筑，2011（18）：72-73.

[2]黃文穎.層高突變對高層建筑樓層剛度的影響及其對策[J].福建建設科技，2008（2）：14-16.

[3]JGJ94-2008.建筑樁基技術規(guī)范北京[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[4]張志飛.帶地下室的高層建筑結構底部約束條件的確定[J].工程與建設，2010（6）：74-75.

[5]張潔.地下室頂板作為高層建筑上部結構的嵌固部位的影響分析[J].建筑施工，2011（7）：560-562.