浅议高层多塔住宅嵌固端的合理选取

浅议高层多塔住宅嵌固端的合理选取
作者：张佩军
来源：《科技资讯》 2013年第14期
张佩军
(江苏省苏中建设集团股份有限公司上海建筑设计分公司上海200072)
摘要：近年来，随着我国城市化进程的不断加快，推动了建筑业的发展，各类建筑工程项目与日俱增，由于受建筑用地短缺的影响，高层住宅日益增多。

多塔式住宅是高层建筑中较为常见的一种结构形式，其嵌固端的合理选取对于确保住宅结构的整体稳定性尤为重要。

基于此点，本文首先分析了高层多塔式建筑结构嵌固端的作用，并在此基础上提出高层多塔式住宅嵌固端的合理选取及优化途径。

关键词：高层建筑；多塔体系结构；嵌固端
中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：1672-3791(2013)5(b)-0000-00
高层多塔住宅建筑嵌固端是指上部结构的底部嵌固部位，嵌固端的确定主要通过调整承载力和刚度，迫使塑性铰在预期部位出现，且能够承受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最大剪力以及相应最大或最小轴向力。

高层多塔住宅建筑必须合理选取和优化嵌固端，以此保证地基基础具备较强承载力，防止建筑结构出现滑移和转动，确保高层建筑结构设计形成稳定的体系，有效预防建筑倾覆或较大的差异沉降。

多塔高层嵌固端的合理选取对结构的安全和经济性都有较大的影响。

一、高层多塔式建筑结构嵌固端的作用分析
随着高层建筑的迅猛发展，建筑高度也随之增加，使得因风载荷或地震作用而产生的水平载荷对高层多塔住宅建筑结构的内力和位移影响逐步加大。

而合理确定基础埋置深度，是满足高层多塔住宅地基承载力和结构稳定性要求的前提，以此有效减少由于地基沉降和不均匀沉降所造成的建筑整体倾斜，防止水平载荷使建筑物产生倾斜和滑移，增强抗震能力。

基础埋深的确定直接影响高层多塔住宅建筑的基础设计选型，所以必须将其作为基础设计的关键环节，确保地基的可靠性。

加之，基础埋深会影响建筑结构的动力反应性质和静力反应性质，因此必须在保证高层多塔住宅建筑结构安全的基础上，兼顾技术因素和经济因素选择合理的基础埋置深度。

在高层多塔住宅建筑结构设计中，合理选取和优化嵌固端有利于保证地基基础的承载力、刚度、抗转动能力和抗滑移能力，构建稳定的高层多塔住宅建筑结构，对于防止差异沉降和倾覆具有重要意义。

在高层多塔住宅建筑的抗震设防中，正确选取结构嵌固端是建筑结构计算模式的重要假定，直接影响到结构中某些构件内力分配的准确性，以及结构产生侧移的真实性和结构设计的经济性。

尤其对于上部结构嵌固而言，其在基础或地下室部位的选择，会对结构计算中弯矩大小、配筋用量等问题产生重大影响。

一般情况下，高层多塔住宅建筑带有二层或二层以上的地下室，嵌固端既可以选择地下室顶板位置，也可以地下室基础位置。

然而在实际的结构设计中，设计人员往往忽视了嵌固端的设置问题，埋下了建筑结构安全隐患。

如，嵌固端上下层刚度比的限制和抗震等级的一致性、嵌固端楼板的设计、嵌固端在结构计算时的设置、嵌固端位置与结构抗震缝设置的协调性等问题，这些问题的忽视会大量增加后期结构的分析计算量和设计工作的修改量。

因此，在高层多塔住宅建筑的抗震设计中，必须解决好嵌固端的选取和优化问题，积极采取有效的技术措施，提高高层多塔住宅建筑结构的可靠性。

二、高层多塔式住宅嵌固端的合理选取及优化途径
（一）高层多塔式住宅结构嵌固端选取原则
1.工程所在地的地质和水文条件。

高层多塔式住宅嵌固端的选取与基础设计有着非常密切
的关系，而工程所在地的地质和水文条件是基础设计的主要影响因素，鉴于此，其必然会对嵌
固端的选取产生一定程度的影响，所以，在实际工程中，对结构嵌固端进行选取时，应当充分
考虑工程所在地地基土地的性质，这对于嵌固端的合理选取尤为重要。

例如，某多塔式高层建筑为商住两用，最初设计时，决定将桩基础顶面作为嵌固端，后经
多方面综合分析发现，若是以桩基础顶面作为嵌固端虽然便于施工，但是工程造价相对较高。

设计人员提出可将地下室结构顶板作为嵌固端，这样不但能够使计算模型得以简化，而且结构
的传力途径也更加直接和明确，同时还能够解决各个塔楼可能存在的质量与刚度分布不均匀的
缺陷。

此外，地上的多塔楼可按照多、高层建筑进行考虑，不需要作为复杂高层结构进行计算，这使得构造过程得以简化，有助于工程整体造价的降低。

2.地基基础的实际埋深深度。

就高层住宅建筑结构而言，在合理选取嵌固端的过程中，势
必会涉及到建筑地基基础的埋深深度问题。

嵌固端部位应当在符合地基基础有效埋深深度或是
可靠埋深深度的基础上进行合理选取，嵌固端的位置应当在基础顶面或是高于顶面的位置上，
而对于带有地下室结构的高层建筑来讲，地基基础的埋深深度直接决定了地下室的具体层数，
嵌固端可按照具体要求选在某一层顶板或是底板的位置上。

3.基础结构形式。

高层建筑基础结构形式不同，嵌固端选取的重点和位置也有所不同，相
应的结构计算模型也不相同。

4.首层楼面荷载。

高层建筑的地下室顶板常被作为结构嵌固端的首层楼面，在正常使用条
件下，其所承受的活荷载通常较小，即便是商用的高层建筑，其活荷载也不超过3.5kN/，但需
要注意的是，结构设计过程中必须充分考虑施工荷载。

（二）多塔式高层住宅嵌固端的优化措施
目前，按照建筑功能、区域规划以及现场环境等方面需要，大底盘多塔式高层住宅越来越多，而随着该结构形式住宅的增多，与之相关的技术问题也随之突显。

对于塔楼的嵌固端，可
选取在底盘的顶板处，具体优化措施如下：
1.通常情况下，为了确保转换层上下部结构的侧向刚度基本一致，需要在大底盘的部分增
设新的剪力墙。

由于高层建筑结构设计的计算软件日趋完善，为此，多塔式住宅能够实现以整
体结构进行计算。

2.就大底盘地下室上部的多塔结构设计而言，由于结构本身为大底盘，故此其上部结构无
需按照多塔结构进行计算，但是对于地下室结构的设计则应当充分考虑上部多塔对其结构稳定
性的影响。

这主要是因为地下室结构连为整体且地上结构分为若干个独立结构时，地上结构与
高层建筑结构设计规范中规定的多塔式结构不符。

为此，在设计地下室时，必须考虑地上多个
独立塔楼的重力荷载、高度以及结构类型，并采用多塔模型进行相应的静力计算分析。

3.在对大底盘多塔式住宅进行结构设计时，应当重视概念设计，如果在条件允许的情况下，应当对地面以上的裙房建筑进行分缝处理，这样可以使各个单体结构的体型变得更加简单，传
力也更为直接。

同时，在计算结构的位移比时，应当注意程序的输出结果并一定是真实情况，
所以应当按照规程的要求对位移比进行重新计算，并选取塔楼最大位移点对应裙房的位置值进
行单塔复核计算。

除此之外，还应注意程序有时会将质心的位移确定为平均位移，这种情况并
不适用于对称性较差的多塔式住宅结构，为此，实际工程中也应当采取单塔复核计算的方式进行复核。

参考文献
[1]吴钟鸣.关于高层建筑基础埋置深度以及嵌固端选取的问题研究[J].城市建设理论研究（电子版）.2012(33).
[2]张元坤.唐旭雄.容柏生.超高层建筑结构设计方案的确立——某广场88层主楼的嵌固端方案设计简介[J].建筑科学.2011(1).
[3]魏琏.王森.韦承基.水平地震作用下扭转不规则结构抗震设计若干问题[A].第十八届全国高层建筑结构会议论文集选编[C].2009(4).
[4]谢向东.地基基础刚度变化对超高层束筒结构的影响[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版).2008(02).
[5]董磊.高层建筑地下室工程的结构分析与设计[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.
2008(2).。