探讨建筑嵌固部位选取的相关措施

摘 要：在分析建筑结构时，首先将建筑的嵌固部位确定出来。但是，由于建筑结构不同，嵌固部位的选取也是不同的，如何科学的选取结构嵌固部位，是分析和计算高层建筑结构的关键环节。基于此，文章对建筑嵌固部位在设计中的选取措施进行探讨。

关键词：建筑；嵌固部位；设计；选取措施

在建筑工程中，正确的选择嵌固端是结构计算模型中的一个关键因素，直接影响了受力状态和计算模型的符合程度、结构侧移和结构内力计算结果的准确性、局部结构的经济性。由于建筑工程设计地下室或者不设计地下室都会对固定部位的位置造成影响。因此在使用软件对高层建筑结构进行计算和分析前，要先对嵌固位置的结构进行确定。

1 嵌固部位简介

在建筑工程中，嵌固部位指的是预期性塑性铰出现的位置。站在理论的角度来说，结构下部嵌固的位置要可以对上部构件水平方向上的转角位移和平动位移进行控制。所以，要控制好楼层的整体承载力和整体刚度，保证嵌固部位可以通过调整结构的承载力和刚度，使塑性铰在预定的位置出现。

对于没有地下室的建筑，在设计建筑结构时，一般设计在首层底部嵌固上部结构，对于有地下室的建筑物。由于在地下室周边的挡土墙平面上的刚度比较大，墙外的土体对地下室的约束作用比较强，通常地下室顶部的刚度会产生变化。受到地震影响时，塑性铰就会从基础的顶面移动到地下室的某个楼层或者地下室的顶部，对嵌固位置进行科学的分析计算，提升嵌固楼层的刚度，在地下室的设计方面有着重要的作用。

2 建筑嵌固部位设计中的选取方法

2.1 有地下室时嵌固端的选取方法

一般情况下，当工程建筑有地下室时，会将地下室的顶板作为嵌固端。为了保证嵌固层的整体性，禁止在地下室的顶板开设过大的洞口。由于很多建筑设置了商场自动扶梯、下沉式广场经常需要在楼板处开大洞，影响了楼板的整体性，导致嵌固位置下移。

为了提高楼层平面内外的刚度，保证楼层的整体性，对于地下室地上结构的一些部分，要使用现浇梁板结构，楼板的厚度要在180mm以上，并进行双向配筋。在地震的影响下，由于梁板结构楼层的平面外刚度很大，不会产生比较大的楼板面外变形，和刚性楼板的假定相符合，可以更好的传递地震剪力，而无梁楼盖结构由于面外刚度低，无法达到刚性楼板假定的相关要求，所以要求地上结构层的侧向刚度要控制在规定地下一层测量刚度的0.5倍以内。在计算时，不对地下室外墙的约束力进行考虑。而在实际的建设过程中，回填土会对地下室的结构产生比较大的约束力，通常可以按照地下室结构自身刚度的4倍进行考虑。所以，地下室结构和周围土体的总刚度要明显大于上一结构层的刚度，故地下室顶板处对建筑结构上部产生的嵌固作用是客观存在的。在对其进行考察时，主要是考察嵌固作用的强弱，不管是否选择，在设计结构时，均要对地下室顶板处存在的嵌固作用进行考虑，并针对性的进行加强。

在地下室的四周，要有和顶板连接的抗震墙，由于地下室混凝土侧壁可以有效的提高楼层的计算刚度，当地下室上部结构和地下室外侧壁的距离比较远时，在计算楼层的剪切刚度时，地下室外墙不能参与进来，在这种情况下，塔楼产生侧向位移会导致首层楼面产生位移，并且变形会导致上部结构的侧移计算值增加，首层骨架构件也会因为出现变形，产生附加内力。在设计时，需要工程师对该结构做出相应的处理。

除了要达到抗震的计算要求外，地下一层柱截面各侧的纵向钢筋要大于上层柱纵向钢筋的1.2倍，并且地下一层节点左右端和地下一层柱的上端实配抗震受弯承载力的和要在地上一层柱下端实配抗震受弯承载力的1.3倍以上，通过提高柱截面的实际受弯承载力，来保证旨在柱底部截面上出现塑性铰只。在对此规定进行执行时，为了防止增加同一柱底截面的世界受弯承载力，要把在地下室增加的纵向钢筋在顶层梁板内进行锚固弯折。

在实际的工程中进行运用时，会遇到裙楼楼板和主楼存在降板或错层的情况，会将1/3层高作为嵌入固段进行控制界限的选取。另外，超出室外地坪的地下室顶板高度不允许过高，对于诸如半地下室这种比较极端的情况，一般不将首层路面作为结构的嵌固端。

2.2 没有地下室时选择嵌固端的方式

当基础的埋深比较浅的时候，使用桩基础或天然地基基础作为基础。此时，可以将承台的顶面结构的嵌固端，并且使用具有良好刚度的基础梁对此标高处的纵横方向进行连接。计算结构时，要从基础顶面计算首层层高。当基础的埋深比较深的时候，基础顶面和建筑首层地面的标高也比较高，要在地面标高的位置设置刚性地面来作为结构的嵌固端，一般首层计算高度可以为首层的高度加上室外的高度差或550mm。

2.3 无法将地下室顶板作为嵌固端时选择嵌固位置的方法

对于单层的地下室来说，在选择嵌固端时，可以在基础顶面选择嵌固部位，这样可以对基础顶面的刚度进行充分运用，创造出相对灵活的楼面结构选型。即使首层的楼面上有大的孔洞留出，也不会对结构计算的准确性造成影响。另外，按照规定要求，上部结构要和地下室负一层的抗震等级相同，将基础底板作为嵌固端也不会导致地下结构的造价升高。

对于多层地下室来说，在对结构的嵌固位置进行判定时，要对地下室外围填土可以为地下室提供的刚度进行考虑，此外要对地下室下层结构对上层结构实际造成的嵌固影响进行考虑，对地下室顶板刚度进行加强，使用相应的措施对首层和下一层抗侧力构件进行加强，为了进一步保证强度，可以使用包络设计的方法进行施工。在判断嵌固端位置是否正确时，首先就要求上层抗侧刚度和下层抗侧刚度比要大于2，但是在工程的实际应用中，一般情况下，多层地下室的平面结构变化不大，不需要增加过多的剪力墙，想要使地下二层的侧向高度超出上层刚度的两倍是很难实现的。这样只会导致后续设计结构时，出现一些争议性比较大的问题：

（1）如何确定地下室的抗震等级，是否需要对各层的楼板进行加强，具体的加强原则是什么。在地下一层对上部结构实际存在的嵌固作用下，这些问题是不可回避的。（2）建筑总地震作用效应被提高，在基础顶面的位置出现了抗震设计的强柱根，缺乏合理性，将地下室对首次产生的制约效果和一般部位的刚度变化归为一类，缺乏合理性，对建筑结构的安全也有比较大的影响。（3）在对地下一层对上部结构造成的嵌固影响时，采取降低加强区高度的方法也是缺乏安全性和合理性的。所以，嵌固的位置越低，需要加强的范围也就越大，结构的费用相对来说也就越高，会造成一定的资金浪费。（4）转换层结构中，对嵌固端进行下移会导致在判断空间层数时，出现混乱的情况。

3 对嵌固端设计进行人工干预

3.1 嵌固位置计算时的人工干预

首先假设嵌固位置位于基础的顶面，在不对回填土对地下楼层侧向贡献的刚度进行考虑的基础上，对基础顶面和以上各层结构自身楼层侧向刚度比进行计算。

3.2 确定嵌固位置后的人工干预

按照第一步计算得到的楼层侧向刚度比确定出的地下室上部结构嵌固位置，对计算模型中的嵌固位置进行调整。同时，分析回填土对地下楼层侧向刚度造成的具体影响，设计计算结构的构件。

4 结语

综上所述，选择高层建筑结构设计嵌固端会直接对建筑结构的位移、周期、配筋、内力等造成影响。通过对以往的施工经验进行总结发现，在地下室顶板位置设置高层建筑的嵌固位置是最为经济的一种选择。同时这也是为什么大部分的建筑工程都在选择嵌固位置时，都会选择地下室顶板。

在当前的建筑结构设计中，不管选择什么位置作为结构的嵌固端，都可以使用结构计算程序得到相对准确的结果，从而更加真实的将结构的实际情况反映出来。所以，选择嵌固端的正确性，会对设计计算造成比较大的影响。在有关施工规定的要求下，在施工过程中，还有一些存在争议性的细节需要进行改善，这就要求设计人员在设计时，对这些问题进行充分考虑，从而设计出结构良好的建筑工程。

参考文献

[1] 朱炳寅.建筑结构设计问答及分析[M].北京：中国建筑工业出版社， 2009.

[2] 傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社， 2010.

[3] 王珺，徐勤.钢筋混凝土框架结构优化设计探讨[J].工程与设计， 2010（06）.

[4] 洪林.浅析如何确定高层建筑的结构底部嵌固部位[J].林业科技情报，2008（03）.

作者简介：邱琳（1978.07- ），男，湖南益阳人，结构工程师、国家一级注册结构师，本科，研究方向：建筑结构设计。