高层建筑结构嵌固端选取应考虑的核心因素分析

郭 刚

（宁夏煤矿设计研究院有限责任公司，宁夏 银川 750011）

0 引言

《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》等对基础埋置深度的确定和结构嵌固端的选取做了一些规定和要求，而且众多的工程技术人员也进行了广泛的探讨和研究，但是由于高层建筑影响因素的不确定性、结构本身的复杂性和多样化以及不同建筑物的独一性，从而使得基础埋置深度的确定和结构嵌固端的选取仍然存在很多问题。

1 工程地质水文条件

嵌固端的选取与基础设计密切相关。工程地质水文条件作为基础设计的主要影响因素之一必然对嵌固端的选取产生重要影响。工程地质条件和水文地质条件不同，基础持力层和地下水位的高度就不同，这不仅使得基础埋置深度不同，而且使得基础结构选型不同，从而使得结构嵌固端的选取条件和依据就不相同。

另外，工程地质条件和水文地质条件还使得地下结构的侧限和抗侧刚度不同。侧限及抗侧刚度的大小决定着嵌固端的选取部位。对于特殊工程地质和水文地质条件，如湿陷性黄土、盐渍土、季节性冻土或冻土、淤泥质土、软土等，地基基础设计更加复杂，结构嵌固端的选取要根据地基土的不同工程特性区别对待。

2 基础埋置深度

对于高层建筑来讲，在研究确定高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋置深度问题。嵌固端部位必须在满足基础有效埋置深度或可靠埋置深度的前提下选取，其位置可在基础顶面也可以高于基础顶面。对于设地下室的基础，基础埋置深度决定了地下室的层数，结构嵌固端根据具体要求可选在某一层顶板或底板处。对于抗震设防的高层建筑，其上部结构嵌固在地下室或基础的什么部位，是个非常重要的问题，它不仅关系到结构计算模型的准确性，而且还关系到结构计算中构件内力的大小和变形等一系列问题。

3 基础结构型式

基础结构选型不同，结构嵌固端选取的侧重点和位置就不相同，结构计算模型也就不同。如对于箱形基础，在顶板满足一定条件时，可将结构嵌固端设在顶板处；对于桩基础，一般以承台面作为结构嵌固端，但必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结；而对于不设地下室的筏板基础，基础面标高与首层标高有一定距离，不能把基础面确定为嵌固端，则应在地面标高处设刚性地面以作为结构嵌固端，这里的刚性地面是有具体要求的。

4 有无地下室

不设地下室时，结构的嵌固端选取要根据基础埋深和基础结构型式等影响因素综合确定。当设有地下室时，结构嵌固端可根据地下室层数及其它要求选在一层或其它层的顶板或底板处。

关于地下室顶板作为上部结构嵌固部位需满足的条件问题，看起来不复杂，但在实际操作中并不像想象中的那么简单，还需满足许多条件，而且还分为几种情况。例如：地下室的层数及基础等相关问题、地下一层与地上一层的等效剪切刚度比γ的计算问题、一般地下室与具有多塔楼的高层建筑地下室的地下一层与地上一层的等效剪切刚度比γ的计算取值的区别问题、上部结构嵌固在地下室顶板时地下室结构的地震作用和抗震计算问题等等。当地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，还要从楼板厚度、混凝土强度等级、顶板的配筋率、楼层的侧面刚度等都有具体要求。当高层建筑仅设一层地下室时，其嵌固端位置需视情况而定，如首层楼面留有大洞，或选用的是无梁楼盖结构时，一般取地下室底板为结构嵌固端；当地下室作为防空地下室的情况，因为防空地下室之顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其顶板处为上部结构的嵌固端。

此外，从《高层规程》条文说明中看到，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室层数不宜少于两层，这意味着对高层建筑来说，地下室层数或总深层不仅由地基基础埋深决定，还必须考虑上述因素。

5 首层楼面活荷载

作为结构嵌固端的首层楼面——地下室顶板，其在正常使用时的活荷载一般不太大，即使作为商场、餐饮等商业用途，其活荷载也仅为3.5kN/m2，但在结构设计时要认真考虑施工过程中可能产生的施工荷载。

根据场地条件，对于首层梁板构件取活荷载为8.0-10.0kN/m2则往往是必要的。当高层建筑主体结构建至2层楼面时，首层地面自然而然就成为理想的施工场所和施工材料库房，或用于堆放材料(袋装水泥、砌块、砂子、钢材、搭架钢脚手架等)，或用于钢筋、钢材的加工，甚至作为载重汽车的行驶通道和停车场等，即使是临时荷载，其楼面活荷载也有必要取较高值，该活荷载值仅作用于该层结构平面梁板，并不需传给竖向构件的墙柱。此外，该层楼板配置通长两层纵横向钢筋，不仅仅是出于增大刚度的考虑，而且是为了抵抗混凝土收缩和温度应力的需要。特别是由于房地产开发商的原因和北方地区气候特点可能导致地下室顶板现浇完成后要裸露一段时间(从几个月到几年不等)，为了防止或减少由于暴晒或暴露时间过长而产生的裂缝，配置足够的楼板双层纵横向钢筋显得尤为必要。首层楼面考虑较大的施工荷载，计算时其梁板的截面就比较大，这样有利于满足首层楼面作为结构嵌固端刚度要较大的要求。

6 基坑支护条件、支护方式及施工回填要求和方式

高层建筑一般都设置地下室，嵌固端的选取要充分考虑地下室外墙参与工作的影响。由于地下室外墙参与工作，地下室的侧向刚度一般都大于上部结构相邻层的侧向刚度。特别是，地下室与墙侧土层接触面积大，逸散阻尼增加，导致震动衰减，降低了结构的动力效应。此外，地震作用逼使与地下室接触的土层发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形，从而提高了地下室的刚度，限制了地下室的侧移。基坑支护条件、方式及回填要求和方式不同，这种作用的大小则不同。侧限问题的真实性反映，设计人员很少有人考虑。

在实际工程基础地基反力测试表明:地基反力一般是边端大、中间小，反力峰值位于边端附近；并且，基础的刚度越大，反力越向边端集中。而地下室墙侧土的回填，相当于基础四周增加了许多附加荷载，使地基反力趋于平缓，即基础两端与中间部位地基反力的差值变小。

7 不同结构计算软件对结构嵌固端选取

目前比较通用的计算软件有SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等。由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，从而导致了各软件的计算结果或大或小有所不同。所以，在进行整体结构分析和计算时，必须根据结构类型和计算软件模型的特点准确选择合理的结构计算分析软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构设计人员在进行结构分析计算工作中面临的首要任务。

8 结束语

地基与基础设计作为整个结构分析计算的基石，不仅对建筑结构的稳定安全起着至关重要的作用，而且对合理控制工程造价影响较大。基础埋置深度的确定和结构嵌固端的选取又作为地基与基础设计的两个重要环节和关键步骤，不仅对基础选型及结构计算分析产生重要影响，而且还直接影响到整个建筑物结构分析计算的合理性和准确性，决定着结构计算假定和计算模型选取的真实性和正确性。

［1］郁彦.高层建筑结构概念设计[M].北京:中国铁道出版社,1999.

［2］包世华,方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,2004.