高层建筑结构嵌固端的选取

2015-04-07韩德英

四川水泥 2015年1期

关键词：标高抗震承载力

韩德英金丽

（上海城乡建筑设计院有限公司大连分院）

高层建筑结构嵌固端的选取

韩德英金丽

（上海城乡建筑设计院有限公司大连分院）

在高层建筑结构中，嵌固端的选择是非常重要，对于高层建筑结构的使用有着重要的意义。高层建筑结构质量决定着高层建筑使用寿命，因此，本文着重的对高层建筑结构嵌固端的选择进行了详细的分析。

高层建筑；嵌固端；选取

1.高层建筑结构嵌固端的定义以及意义

1.1 嵌固端的定义

若按计算模型而言，是指除能承受轴力（N）、弯矩（M）、剪力（V）之外，U（X方向水平位移）、V（Y方向水平位移）、ω（竖向位移）、θ（转角位移）均为零的部位，若按在地震作用下的屈服机制而言，就是预期塑性铰出现的部位。确定嵌固端就是通过刚度和承载力调整，迫使塑性铰在该预期部位出现，并能承担上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时的最大剪力以及相应的最大最小的轴向力。

1.2 确定嵌固端的意义

嵌固端位置的选取与基础的x形式和埋深相关联，一般情况选取在基础的顶面。面临着越来越激励的经济竞争，我过得经济发展水平愈来愈高，城市化水平也随之提升，伴随着这些情况而出现的最突出的问题就是日益紧张的土地资源。这就使得所有的地产商将建筑功能和结构抗力方面的要求全部集中在建筑物的不断向地上空间以及地下空间发展，从而出现了众多的地下商场、车库以及人防工程等地下室高层结构。由于带地下室高层结构嵌固端的位置与地基约束作用有关，因此合理考虑地基回填土的约束作用对于保证计算结果的准确性具有重要意义。

2.嵌固端部位的选取

嵌固端部位选取所需要的前提是要满足有效的或者是可靠地埋置深度，其位置可以与基础顶面齐平也可高于它。在嵌固端部位选取高于基础顶面时，其选取的位置应结合室内地沟布置和埋深情况不宜高出室外地面。若高出室外地面，其高差不得大于所设边梁的梁高。且必须使嵌固部位的下部和基础之间有不超过一层的完整的框架结构体系，并在地震作用下保持弹性工作状态。嵌固部位下部和基础之间的结构体系应有足够的承载力和侧向刚度，能够抵抗上部框架结构在嵌固部位产生的嵌固端弯矩、剪力和轴力的作用。避免柱塑性铰向下转移。

2.1 当有地下室时

2.1 .1 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位

（1）避免地下室顶板开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁

板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，

混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

（2）地下室作为上部结构的嵌固端，但要保证地下室的抗侧移刚度大于上部结构第一层的2倍;同时从构造上采取一定措施,如地下室顶板要保证一定厚度180mm以上；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。

2.1 .2 地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点应满足规定

（1）地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。

（2）地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上；

（3）地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

2.1 .3 《建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析》规定

《建筑结构施工图设计文件审查常见问题分析》P94页“当满足下列要求时，地下室顶板仍可作为上部结构的嵌固部位：1.地下室顶板与室外地面的高差小于地下室层高的1/3，且不大于1.0m”。

2.1 .4 《建筑结构设计常见及疑难问题分析》规定

《建筑结构设计常见及疑难问题分析》P126“（2）若由于地下室大部分顶板标高降低较多、开大洞、地下室顶板标高与室外地坪的高差大于本层层高的1/3或地下1层为车库（墙体较少）等原因，不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求时”：

(1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端，除非其高差仅为1—3级台阶高度时才可能考虑；

(2)地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖)，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度；

(3)地下室侧壁要有良好的侧限，即必须与“地球”有良好的接壤，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件现塑性铰时的最大剪力以及相应的最大最小轴力。

对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求，假设满足《抗震规范》第6．1．14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求，对于高层建筑来说，由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量，上述要求仍很难满足。就此要求而言，则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端，而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。

2.2 当不设地下室时

众所周知，小高层建筑以承受水平风荷载或水平地震作用为主，为稳定和抗倾覆能力，必须考虑基础的有效埋置深度。多层建筑以承受竖向荷载为主，一般可不考虑基础有效埋置深度的要求。但是往往由于建筑物的类型和用途（对不均匀沉降的敏感性，是否有地下管道和设备基础等）；作用在地基上的荷载大小和性质；工程地质和水文地质条件（持力层的埋深，地下水性质和埋深等）；相邻房屋和构筑物的基础埋置深度；季节性冻土地基的冻胀和融陷等因素的制约，使框架基础埋置深度较大，引起底层柱的长度相应增加较多。当无地下室时，如底层柱断面尺寸不变，相对相邻上层柱的线刚度减小，影响水平位移的控制。如保持线刚度不变，比起相邻上层柱需增大底层柱的断面尺寸。加之柱子埋在土中，不能充分利用其围合的空间，经济效益无法合理体现。这一情况，在设计中经常出现，至今没有得到很好解决。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。

(1)不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且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，故首层层高应从基础面算起；

(2)若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。若不设刚性地面，则上部结构无从形成嵌固端，也即结构计算简图不成立，设计上显然是不允许的。

以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”正是基于这一考虑。