翟瑩

摘要;本文針對高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常遇到的嵌固端合理選取這一問題，對帶地下室的上部結(jié)構(gòu)嵌固端需滿足的計算條件及結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施等問題進行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑、嵌固端、構(gòu)造措施

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，城市中心用地日益緊張，停車位需求也越來越高，新建建筑的地下室規(guī)模和數(shù)量也在不斷增多。帶地下室的多塔式住宅是高層建筑中較為常見的一種結(jié)構(gòu)形式，在針對高層建筑工程實施設(shè)計工作之前，最為關(guān)鍵的就是需要找到適合的嵌固端安設(shè)的位置。本文針對嵌固端的選取及設(shè)計過程中需要注意的問題，進行了相應(yīng)的探討總結(jié)。

一.嵌固端合理選取的重要性

對于帶有單層或者多層地下室的高層建筑，嵌固端不但可以選擇在地下室頂板結(jié)構(gòu)來進行安設(shè)，也可以選擇地下室基礎(chǔ)位置。在針對性的實施結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，如果缺少對嵌固端的位置選擇的綜合考慮，將會對后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計埋下安全隱患，如地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級，地下室頂板設(shè)計及上部結(jié)構(gòu)的合理計算模型等，都會有較大影響，所以正確選取嵌固端是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要假定。其具體意義如下：

1、高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的確定是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的重要部分，因為嵌固位置的合理性會對結(jié)構(gòu)模型的整體效果造成直接的影響，涉及到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力分配、地下室抗震等級、水平荷載下側(cè)向位移等，這將直接影響配筋結(jié)果，將對整個建筑的安全產(chǎn)生影響。

2、對于帶地下室的多塔式住宅建筑，特別是對于各塔層高不同的多塔，若以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，可以簡化模型進行設(shè)計計算。

3、結(jié)構(gòu)嵌固端的確定關(guān)系著結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。以地下室頂板為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，減小了整體結(jié)構(gòu)的計算高度，且結(jié)構(gòu)的加強部位也將會受到影響。雖然作為嵌固端，地下室頂板板厚及板配筋等增加，會影響局部的經(jīng)濟成本，但較總體而言，對整體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性還是有利的。

4、結(jié)構(gòu)嵌固端的確定關(guān)系著結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的選取。如果以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，則地下室頂板結(jié)構(gòu)形式、頂板厚度、開洞情況、記憶塑性鉸位置等均需滿足一定的要求。

上述幾點，充分說明嵌固端的正確選取，對建筑的結(jié)構(gòu)合理性、抗震性能以及建筑的經(jīng)濟性而言都非常重要。

二.設(shè)有地下室的上部結(jié)構(gòu)嵌固端的選取原則及構(gòu)造措施

高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取面臨著各種不同情況，如不設(shè)地下室但基礎(chǔ)埋深較大，設(shè)有地下室但其層數(shù)或多或少等不同情況。為便于探討總結(jié)，以下論述主要針對帶一層地下室的高層住宅。

帶地下室的建筑，從經(jīng)濟和設(shè)計簡化角度出發(fā)，宜將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)置在地下室頂板，根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版）第6.1.14條條文說明可知，此處所述的地下室是指，全埋地下室;對于在山（坡）地建筑中出現(xiàn)地下室各邊埋深深度差異較大時，建議設(shè)置獨立的支擋結(jié)構(gòu)。但由于城市綠化的需求，現(xiàn)狀大部分地下室頂板均設(shè)有1.2m～2m左右的綠化覆土，這將導(dǎo)致主體建筑范圍內(nèi)的地下室頂板與其相關(guān)范圍內(nèi)的地下室頂板高差較大，這種情況下，一般要求該高差宜小于本層層高的1/3。

當(dāng)設(shè)計中，以地下室頂板作為嵌固端時，由規(guī)范GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版）第6.1.14條理解，應(yīng)滿足以下條件：

1、平面剛度：應(yīng)避免在地下室頂板開設(shè)大洞口，確保上部結(jié)構(gòu)嵌固端部位的整體性，且地下室頂板必須具有足夠的平面內(nèi)剛度，以有效地傳遞地震基底剪力?，F(xiàn)有較多地下室頂面采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)，相對梁板結(jié)構(gòu)而言，無梁樓蓋的平面外剛度較小，難以符合剛性樓板假定的基本要求，而且在豎向荷載作用下，無梁樓蓋將產(chǎn)生較大的平面外變形，而地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，將承受很大的水平地震力，無梁樓蓋的平面外變形，非常不利于傳遞水平地震剪力和協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)變形。故規(guī)范提出地下室在地上結(jié)構(gòu)相關(guān)范圍的頂板應(yīng)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，相關(guān)范圍以外的地下室頂板宜采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu);現(xiàn)澆板厚不宜小于180mm，混凝土強度不宜小于C30，雙層雙向配筋，配筋率不宜小于0.25%等構(gòu)造措施要求以達到加強頂板的平面內(nèi)和平面外剛度，并確保樓板整體性的目的。

但是現(xiàn)有建筑地下室采用自然通風(fēng)采光，在地下室頂板開許多較大洞口，導(dǎo)致樓板不連續(xù);再者建筑設(shè)置下沉廣場、商場自動步梯等導(dǎo)致樓板開大洞。以上所述情況都會致使樓板的整體性削弱太多，這種情況將迫使嵌固部位下移。

2、側(cè)向剛度：結(jié)構(gòu)地上一層的樓層側(cè)向剛度，不宜大于相關(guān)范圍地下室一層側(cè)向剛度的0.5倍（見圖一）;地下室周邊已有與其相連的抗震墻。在確定嵌固端量化指標的樓層側(cè)向剛度比計算中，只考慮結(jié)構(gòu)自身的側(cè)向剛度比是合理的，而在嵌固端確定后的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)考慮地下室外圍填土對地下室剛度的貢獻，并進行相關(guān)的設(shè)計計算。此處相關(guān)范圍與第1條同，指地上結(jié)構(gòu)主體以外不大于3跨或20m的范圍（圖二）。

3、當(dāng)確定地下室頂板作為嵌固部位時，地下室頂板對應(yīng)于地上框架柱的梁柱節(jié)點均應(yīng)滿足6.1.14條相關(guān)規(guī)定，如：1）地下一層柱截面每側(cè)縱向鋼筋不應(yīng)小于地上一層柱對應(yīng)縱向鋼筋的1.1倍;并且地下一層支柱結(jié)構(gòu)頂部左右梁頂端的抗震受力載荷能力超出了地上一層柱下段結(jié)構(gòu)的抗載荷能力。2）如果地下一層梁結(jié)構(gòu)的剛度水平相對較高的時候，支柱橫截面的縱向鋼筋面積應(yīng)當(dāng)保證超出每側(cè)縱向鋼筋的大小。同時梁端頂面和底面的縱向鋼筋面積均應(yīng)比計算增大10%以上。此規(guī)定是通過配筋以增大柱截面實際受彎承載力的辦法，以確保塑性鉸只出現(xiàn)在上柱底部截面。同理，地下一層剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的截面積不應(yīng)小于地上一層對應(yīng)墻肢端部邊緣構(gòu)件縱向鋼筋截面積。關(guān)于加大地下室縱向鋼筋問題中，還應(yīng)將地下室增加的縱向鋼筋在地下室頂層梁板內(nèi)彎折錨固，避免同時對一層柱底截面實際受彎承載力的加大。

4、地下室的抗震等級及加強部位等設(shè)置，均需根據(jù)具體的嵌固端部位來確定。如地下室抗震等級的確定，根據(jù)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（2016年版），第6.1.3條3）知，嵌固端的選取影響著多層地下室的抗震等級。當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端部位時，地下室一層抗震等級與上部相同，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級。在規(guī)范JGJ3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.1.4條1）、3）均對底部加強部位做出了規(guī)定，底部加強部位從地下室頂板算起，當(dāng)結(jié)構(gòu)計算嵌固端位于地下一層底板或以下時，底部加強部位宜延伸到計算嵌固端。

從結(jié)構(gòu)受力角度而言，地下室頂面滿足上述嵌固部位要求的條件，應(yīng)盡量將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位選擇在地下室頂面。

當(dāng)?shù)叵率翼敯宀荒茏鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位時，因回填土對地下室結(jié)構(gòu)的約束作用很大，結(jié)構(gòu)設(shè)計中也應(yīng)該考慮地下室頂板處實際存在的嵌固作用，并采取相應(yīng)的加強措施。以上部結(jié)構(gòu)嵌固端為基礎(chǔ)頂為例，最終的結(jié)構(gòu)計算結(jié)果應(yīng)取不同嵌固部位（基礎(chǔ)頂和地下室頂板）分別計算，包絡(luò)取值。

三、不設(shè)地下室高層住宅建筑嵌固端的選取

高層建筑不設(shè)地下室通常是針對層數(shù)有限的小高層，或者其基礎(chǔ)持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不提倡的。

1、不管結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用的是何種基礎(chǔ)，一般都是以基礎(chǔ)或者承臺面作為嵌固部位，且必須在該標高處的縱橫方向設(shè)置剛度較大的基礎(chǔ)拉梁加以連結(jié)，故首層層高應(yīng)從基礎(chǔ)面算起。

2、若基礎(chǔ)面標高與首層標高有一定距離而不設(shè)置基礎(chǔ)拉梁或其剛度過小，則地面標高處設(shè)置剛性地面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，首層層高可從地面層算起。

四、實例分析——三亞某項目結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目地下二層車庫，地上部分為5棟高層住宅樓及附屬商業(yè)樓，住宅樓為剪力墻結(jié)構(gòu)，商業(yè)樓為框架結(jié)構(gòu)。平面圖如下： 其中1～4號主樓下均為兩層地下室。結(jié)構(gòu)計算時，由于地下室層高不大，非人防區(qū)域， 2號樓負一、二層主體剪力墻墻厚先按照200mm計算，計算所得側(cè)向剛度比不滿足地下室頂板作為嵌固端條件。如不能將地下室頂板作為嵌固端，那么結(jié)構(gòu)設(shè)計中帶來以下問題：2號樓首層局部為幼兒園教室，根據(jù)規(guī)范要求，此部分抗震等級提高一級，若嵌固端為基礎(chǔ)頂，那么地下室一層二層的抗震等級都需與首層抗震等級同為三級，但若地下室頂板作為嵌固端，地下室一層抗震等級與上部相同，地下一層以下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低至四級;再者，根據(jù)規(guī)范JGJ3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》7.1.4條1）、3），本棟樓的底部加強部位已延伸到基礎(chǔ)頂，這些都將會影響到整個工程的經(jīng)濟性。由于側(cè)向剛度比與0.5相差不大，因此，結(jié)構(gòu)人員在計算過程中，以調(diào)整主樓地下室兩層的局部剪力墻墻厚為250～300mm，并加大地下室頂板板厚等措施，最終實現(xiàn)了嵌固部位為地下室頂板。

五、總結(jié)

嵌固端的正確選取是高層建筑結(jié)構(gòu)計算中的一個重要假定，直接影響結(jié)構(gòu)整體計算指標、結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施及結(jié)構(gòu)計算的經(jīng)濟性、合理性，進而影響后續(xù)的設(shè)計工作，所以工程設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)各種不同情況合理選擇嵌固端部位。無論選擇哪個部位作為結(jié)構(gòu)嵌固端，我們的最終目的都是為了計算結(jié)果能較真實反映結(jié)構(gòu)的實際受力情況，以達到結(jié)構(gòu)安全設(shè)計的最終目的。

參考文獻：

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2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ3-2010

3 朱炳寅.建筑抗震設(shè)計規(guī)范應(yīng)用與分析GB50011-2010

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