高层建筑中嵌固端的合理选取问题及处理措施探析

谭建宁

（宁夏工业设计院有限责任公司 宁夏 银川 750001）

0 引言

在高层建筑结构设计中，确定了基础埋置深度和结构嵌固端选取的主要影响因素后，要根据不同结构类型在不同条件下的实际情况分析确定基础埋置深度和结构嵌固端选取的技术措施。

1 无地下室小高层钢筋混凝土框架结构嵌固端选取

①高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不宜提倡的。

②在确定这类结构的嵌固端时，要特别注意当嵌固端部位选取高于基础顶面时的技术分析及处理措施：

1）嵌固部位下部的框架体系，其抗震等级应按上部结构采用。在多遇地震作用下应进行抗震承载力验算。分别取包括和不包括嵌固端部位以下框架结构体系两种计算简图，取其不利者控制嵌固端处及其以下部分框架梁柱配筋，使该处框架梁在其下部柱柱顶端左右形成的约束弯矩设计值之和不小于嵌固端部位上层柱的下端实际嵌固弯矩的设计值。

2）嵌固端部位以下的框架结构体系应进行罕遇地震下水平位移的验算。

3）嵌固端部位以下的框架结构体系侧向刚度，不应小于相邻上部结构侧向刚度的2倍。侧向刚度按主体结构计算，以楼层剪力与该楼层之间位移的比值控制。

4）如为柱下单独基础（包括桩基），应沿两个主轴方向设置基础系梁并纳入框架计算，配筋方式及构造要求同框架梁。

5）嵌固端部位以下的框架柱的截面应等于或大于对应相邻上部结构的柱截面。每侧实际纵向配筋面积，除应满足计算要求外，还不应小于嵌固端部位上部相邻柱每侧实配纵向钢筋面积的1.1倍。

6）嵌固端部位处框架梁，及其以下框架柱，基础系梁的箍筋全跨全高加密，间距不应大于100mm。

7）调整基础埋置深度，使嵌固端部位以下的柱高相等。

8）嵌固端部位处以下及基础底面以上的高度及距周边基础外边缘1.5m包络范围内回填土的压实系数λc及检测要求，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2003）执行，若嵌固端部位高出室外地面时，应在该水平面处设置厚度不宜小于180mm且双层双向配筋，每层每向配筋率不宜小于0.25%的刚性地面。

2 有地下室高层结构嵌固端选取的技术分析及处理方法

地下室是上部结构在地基内的延续，既可为上部结构提供可靠的嵌固，又将上部结构与地下室连接成有机的整体，有效地降低了建筑物的重心，增加了上部结构的稳定性，增强了结构的抗震能力。随着结构体系的日趋多样化，高层及超高层建筑结构中带地下室的布置形式也出现了新的变化，使得地下室问题的研究复杂化。

从理论上讲，合理的分析方法，应将带有地下室的建筑结构看成是由地下室和上部结构组成的一个完整的承力体系，满足静力平衡条件，具有共同的位移场，相互协调变形，只有这样才能揭示结构体系在外荷载作用下相互制约、彼此影响的内在联系，从而达到安全、经济的设计目的。带有地下室的建筑结构嵌固端的选取首先应建立计算分析模型，不同的计算模型真实度和准确度不同。

3 根据上部结构对嵌固部位的要求选取嵌固端

①当单层地下室为箱形基础，上部结构为框架、剪力墙或框架-剪力墙结构时，上部结构的嵌固部位可取箱形基础的顶部。其原因是箱形基础有较多的相互联系的纵横墙，整体刚度较大，层间侧移刚度一般都大于其上部结构的层间侧移刚度，能保证建筑物在地震作用下，上部结构进入非弹性阶段时，基础结构始终能承受上部结构传来的竖向荷载并将其安全分布到地基上。

②采用箱形基础的多层地下室及采用筏形基础的地下室，对于上部结构为框架、剪力墙或框架-剪力墙结构的多层地下室，当地下室的层间侧移刚度大于等于上部结构层间侧移刚度的1.5倍时，地下一层结构顶部可作为上部结构的嵌固部位，否则认为上部结构嵌固在箱基或筏基的顶部。

③对于上部结构为框架-筒体或筒中筒结构的地下室，当地下一层结构顶板整体性较好，平面刚度较大且无大洞口，地下室的外墙能承受上部结构通过地下一层顶板传来的水平力或地震作用时，地下一层结构顶部可作为上部结构的嵌固部位。

4 通过分析上下部结构平面投影面积比确定嵌固端

要认真分析上部结构平面在下部结构平面上投影面积的比例大小对嵌固端选取的影响，采取合理的技术处理措施。高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例的大小对将首层地下室作为结构嵌固端的结构有着不同的影响。当该比例大于1时，假如首层地下室顶板符合作为结构嵌固端的其它条件，则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了;但当上述投影面积比例小于或等于1时，说明地下室侧限远离塔楼，塔楼发生的侧向位移将波及到首层地下室顶板并使其发生变形，即使变形量很小，但严格说来首层顶板作为嵌固端的刚度必然小于前一种情况，且变形又增大了上部结构侧移的计算值，同时首层骨架构件也会由于自身的变形而产生附加内力。因此，作为结构工程设计人员，在实际工程设计中要根据工程实际情况，通过综合分析鉴别准确做出相应的结构处理。

5 设置抗震缝解决复杂高层建筑嵌固端的选取

合理设置抗震缝是解决体型复杂、结构布置复杂的高层结构嵌固端的有效技术措施。对于体型复杂、结构布置复杂的结构，嵌固端的选取难度比较大。设置防震缝是解决体型复杂、平面立面特别不规则的建筑结构的有效办法。通过防震缝的设置，把一个体型复杂、结构布置复杂的结构变成多个简单独立的结构单元，就可以运用以上方法合理选取各单元的嵌固端了。

6 超高层结构嵌固端的选取应保持谨慎的态度

新的《高层规程》针对以前的超高问题，除了原来限制高度设定为A级的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的各项控制因素严格注意，对结构嵌固端的选取同样要引起足够重视。一旦结构为B级高度建筑，甚至超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。结构设计人员要与建筑设计人员密切合作，选用合理的建筑结构方案，同时采用多种计算方法和有效的措施，消除不利影响。

7 选取结构嵌固端要充分考虑多层地下室结构的延性要求

在选取结构嵌固端时，如何考虑多层地下室结构的延性要求是一个比较复杂的问题。地下室结构的延性和上部结构与地下室结构的刚度差别、不同结构体系以及地下室埋深有关。当上部结构为框架或剪力墙结构，地下室结构抗侧力刚度较大，四周有钢筋混凝土挡土墙，地下室顶板整体性较好时，可以考虑上部结构嵌固在地下室顶部，地下室结构应能承受上部结构屈服超强所引起的内力。考虑在强震作用下塑性铰范围可能发展，地下一层的结构构件仍须适当考虑延性措施。一般情况下地下一层以下的地下室结构除满足承载力要求外，不需考虑延性要求。

8 结束语

总之，在以后的工程设计中，如何考虑在地震力作用下，地基土、基础和上部结构三者共同协调的抗震体系机制和结构计算分析对基础埋深和结构嵌固端的影响和作用，还有待进一步探讨。

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