高层建筑结构嵌固端相关问题探析

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1、高层建筑结构嵌固端相关问题探析　　摘要：嵌固端是高层建筑结构分析时一个重要的概念。文章就嵌固端确定的意义及地下室顶板不能作为嵌固端时结构的相关构造措施进行了探讨，给出了一些有益的结论，可供结构工程师设计时参考。关键词：高层建筑；地下室顶板；嵌固端；构造措施中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：0前言高层建筑结构在建模分析时，有一系列的计算假定，而嵌固端是其中一个非常重要的计算假定。合理确定嵌固端的位置，是结构内力计算准确性和结构侧移真实性的重要保证。所谓嵌固，从力学概念来讲是指嵌固位置处所有自由度均被完全约束，等同于力学概念中的固定约束。而我们在实际工程中的嵌固，都只是相对的，并不存

2、在完全的嵌固。工程中的嵌固是指建筑结构的地下部分及室外回填土的约束强度达到能够限制结构水平位移及绕竖轴转动的程度。前者一般称为力学嵌固，后者则称为强度嵌固。我国现行规范所指的高层结构地下室嵌固是指强度嵌固而非力学嵌固。6高层建筑由于结构的复杂性，例如底部大底盘多塔结构，地下室局部大错层结构等等使得嵌固端的确定及其相应位置的构造问题一直是结构设计分析中的热点问题，本文拟就高层建筑工程设计实践中与嵌固端相关的几个问题做以探讨。1确定嵌固端的意义高层建筑一般都带有一层或多层地下室，在建模分析时存在要不要建地下室，该建几层的问题。嵌固端的位置决定了整体建模分析时需要与上部结构整体建模的最少的地下室

3、的层数。带地下室高层建筑结构设计时，一般有分离式模型和整体式模型两种模型可供选择。当采用分离式模型时，可以以确定的嵌固端位置将结构分为两个独立的模型，分别进行计算分析和设计，这种模型在带大底盘地下室的多塔结构设计中经常采用。而整体式模型则是无论嵌固端位置位于何处均将所有地下室连同上部结构一起建模分析。因为实际工程的上下部结构的变形是协调的，而且整体式模型可以考虑地下室外围回填土对结构的实际约束作用。所以一般来说采用整体式建模能够获得更加真实的结构位移场和内力，工程设计实践中带地下室高层建筑结构建模分析时也大多都采用整体式模型。6我国高层建筑结构设计实践中最常采用的结构设计软件是中国建筑科学

4、研究院PKPM系列软件的SATWE空间分析软件，最新版是2010版。该软件提供了嵌固端所在层号的参数用于考虑嵌固端的作用。但是细心的工程师应该早已发现当采用整体式建模时，这个参数的不同，一般情况下对内力计算结果几乎没有任何影响。那么，工程师不禁会问在设计中我们确定嵌固端位置的意义何在？查看SATWE软件说明书可以知道，嵌固端的位置需要人为判断，程序只按照指定的嵌固端位置调整相关位置处的内力或者确定相关的构造措施。从中可以看出，确定了嵌固端的位置，其实主要是确定了该位置处的一系列构造措施，例如剪力墙底部加强部位的高度；嵌固位置处的强梁弱柱及嵌固层楼面的各种构造要求等等。也就是说工程师要自己根

5、据现行规范和已有的工程经验来判断嵌固端的位置，如果已经选定了嵌固端，该位置处就应该按照规范要求采取各种构造措施，创造条件，使得该位置在地震作用下能真正起到对上部结构的嵌固作用，包括破坏时嵌固位置处塑性铰出现在柱根部及可靠地传递水平地震作用等。2地下室顶板不能作为嵌固端时的设计问题我国现行结构设计相关规范《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》等，均有关于地下室顶板作为上部结构嵌固部位时的结构构造措施及要求，但当地下室顶板不满足作为上部结构嵌固端的要求时嵌固端的选取及地下室顶板应该采取的结构措施等都没有相关规定。6国内许多学者就此问题的研究集中在当地下室顶板不满足嵌固要求时，嵌固

6、位置如何确定。例如有文献认为当仅设单层地下室且基础采用天然地基筏板基础或桩筏基础时，应该选择基础底板作为结构嵌固端。这样设置的原因是有利于充分利用基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造条件，且即使首层楼面留有大孔洞或选用无梁楼盖结构，都不影响结构计算的准确性。此外，还由于规范规定地下室负—层的抗震等级与上部结构必须—致，以基础底板作为嵌固端不会提高地下室结构造价，可取得较好的经济效益。只有当地下室作为抗爆级别较高的人防地下室时，通常选取顶板处作为嵌固端才是经济的[1]。以上观点从经济角度紧扣规范去理解嵌固端的选取和构造有其合理的成分，但是也容易给设计人员造成一个误解，就是当嵌固端

7、不选择在地下室顶板时，地下室顶板的构造就可以按照普通楼层进行处理，不再受规范构造要求的限制。6其实不然，事实上地下室周围的回填土对地下室结构的约束作用很大，通常其约束作用相当于地下室结构自身刚度的3~5倍。所以，当地下室刚度满足规范要求的的不小于首层刚度的两倍的条件时，包括地下室自身刚度在内的地下室实际刚度能够达到上部结构的4.5倍以上；而即使地下室刚度不满足规范规定的条件，地下室顶板不能作为上部结构嵌固端时，包括地下室