高层建筑结构嵌固端技术

高层建筑结构嵌固端技术初探
摘要：高层建筑结构嵌固端技术直接影响到工程主体的质量。

本文首先分析了高层建筑结构嵌固端工作机理和顶板为嵌固端的
要求，最好探讨了高层建筑结构嵌固部位的选取。

关键词：高层建筑结构；嵌固部位；
中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：
1高层建筑结构嵌固端工作机理
作为高层建筑的结构嵌固端，其工作机理是：嵌固端节点下的梁柱（板）构件是不产生转动的，嵌固端楼层平面内更不会产生水平位移，地震作用下结构的屈服部位将发生在嵌固端之上楼层，因此实际工程的结构嵌固端应按地下室设置的不同情况（包括地下1层、首层及2层的层高因素）给予合理选定。

2顶板为嵌固端的要求
对于多层地下室，由于地下1层以下各层不要求计算地震作用，整个地下室更不承受风荷载作用，因此多数高层建筑的结构嵌固端都选取地下室顶板部位。

以顶板为结构计算的嵌固端，对上部结构而言，计算所得的结构侧向位移和构件内力等更能反映结构的实际情况。

规范（规程）中对地下室顶板作为结构嵌固端有诸多规定和要求，相反对不以地下室顶板作为结构嵌固端的，几乎没有任何一条条文提出具体要求，这从另一侧面说明高层建筑以地下室顶板为结构嵌固端是普遍做法，而且也许是较正确的做法。

为了使地下室顶板部位较真正地成为结构嵌固端，规范（规程）对此有全方位的
约束条件和要求，其具体和定量规定如下：⑴楼层上下刚度比：地下1层与首层的侧向刚度比不宜小于2；当首层层高大于2层层高的1.5倍时，首层与2层的侧向刚度比不宜小于1.5；⑵顶板平面内刚度：首层楼层应采用现浇梁板结构，混凝土强度等级不低于
c30，避免大开洞口，板厚一般不小于180mm；⑶楼板配筋：需采用双层双向配筋形式，每层每向配筋率不小于0.25%；⑷柱配筋：地下1层的柱截面每侧的纵向钢筋面积不小于地上1层对应柱每侧纵向钢筋的1.1倍；⑸剪力墙边缘构件：地下1层剪力墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面积不应小于地上1层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋截面积；⑹节点处构件的抗弯承截力：顶板处梁柱节点左右梁端截面与下柱上端同一方向实配的受弯承截力之和不小于地上1层对应柱下端的受弯承截力的1.3倍。

3嵌固部位选取的条件
3.1当高层建筑有地下室时
1)保证地下室顶板与室外高度相当。

高层建筑的嵌固部位一般选择在地下室顶板，此时需保证地下室顶板标高与室外高差不大，最好控制在三个台阶高度内。

2)地下室侧壁要有很好的侧限，也就是与“地球”有很好的接壤。

半地下室顶板处不能作为嵌固部位就是这个原因。

实际工程中由于地形的影响，出现了错层，错层部位的基础部分水平构件和竖向构件应连成整体从而不考虑侧限问题。

3)地下室顶板结构应设计成梁板结构体系(不能设计为无梁楼盖)。

3.2当高层建筑无地下室时
1)当基础埋置较浅时，无论采用天然地基基础还是桩基础，都是以基础(承台)顶面作为嵌固部位，而且在此标高处纵横两个方向应设刚度较大的梁连接，此时首层层高计算高度取至基础(承台)顶面。

2)当基础埋置较深时，通常在地面标高处设刚性地面作为结构嵌固部位，首层的计算高度取至刚性地面。

基础(承台)顶面与地面之间高差较大时，如果首层计算高度还是取至基础(承台)顶面，这样层高过大，墙、柱截面相应也比较大，容易形成薄弱层，这样做既不经济也给结构带来了不利。

3.3嵌固部位的刚度比要求
《建筑设计抗震规范》6．1．14条和《高层建筑混凝土结构技术规程》5．3．7条均规定:“地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，结构地上一层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下一层侧向刚度的0．5倍。

”地下室嵌固部位结构应能承受上部结构屈服超强引起的内力及地下室本身的地震作用。

规范提供了三种楼层刚度比的计算方法，分别是剪切刚度比、剪弯刚度比、地震力与相应层间位移比，建议在确定嵌固部位计算时，采用剪切刚度比的计算方法。

一般情况下地下室最高一层结构都要加强，地下室外墙可以参加地下室侧向刚度的计算，因此地下室顶板作为上部结构的嵌固部位是容易做到的。

当地下室是上部多塔的大底盘时(没有裙房)，地下室顶板作为上部结构嵌固部位的条件是可以的，地下室的整体刚度与相邻上部所有塔楼的总刚度比不应小于2。

作为上部结构的嵌固部位，下部结构必须具有很大的侧向刚度，保证柱根之间不会产生相
对位移并能承受或平衡柱根弯矩。

3.4地下室一层顶板作为嵌固部位的有关构造条件
1)地下室一层的抗震等级应与上部结构相同，地下室一层以下楼层结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

2)地下室顶板应避免开设大洞口(地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力);地下室在地上结构相关范围(一般可从地上结构(主楼、有裙房时包括裙房)周边外延不大于20m)的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室宜采用现浇梁板结构;其楼板厚度不小于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%。

3)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之和的1．3倍(用于框架结构)。

特别注意当框架柱嵌固在地下室顶板时，位于地下室顶板的梁柱节点应按首层柱的下端为“弱柱”设计，即地震时首层柱底先屈服、出现塑性铰，但地下室一层对应的框架柱不应屈服。

为实现首层柱底先屈服的设计概念，规范提供了两种方法:a．按下式复核:∑mbua+mtcua≥1．3mbcua，设计时梁柱纵向钢筋增加的比例也可不同，但柱的纵向钢筋至少比地上结构柱下端的钢筋增加10%，可满足上式的要求。

其中，∑mbua为节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积和材料强度标准值确定;∑mtcua为地下室柱
上端与梁端受弯承载力同一方向实配的正截面抗震受弯承载力所
对应的弯矩值，应根据轴力设计值、实配钢筋面积和材料强度标准值等确定;∑mbcua为地上一层柱下端与梁端受弯承载力不同方向
实配的正截面抗震受弯承载力所对应的弯矩值，应根据轴力设计值、实配钢筋面积和材料强度标准值等确定。

b．当梁按计算分配的弯矩接近柱的弯矩时，地下室顶板的柱上端、梁顶面和梁底面的纵向钢筋均应增加10%以上。

4)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(用于剪力墙结构)。

3.5地下室其他楼层作为嵌固部位的条件
1)地下一层往下各楼层的刚度递增，当楼层的剪切刚度大于其上一层刚度的2倍时，则该楼层顶板可作为嵌固部位。

2)若地下室某楼层按人防要求设计，则人防地下室顶板可作为嵌固部位。

3)地下室底板(基础)刚度较大时，如箱形基础、筏形基础，其基础底板可作为嵌固部位。

综上所述，嵌固部位的选取需结合工程实际情况而定，如地下室是上部多塔的大底盘时，一般选取地下室顶板作为上部结构的嵌固部位;如地下室设有人防层，人防层顶板可作为上部结构的嵌固部位;如上部结构为单塔或无地下室时，一般取基础顶面作为上部结构的嵌固部位等。

4各部位的抗震等级
关于结构的抗震等级，由于涉及到地下室以及与主楼连成整体的裙房，故显得不那么单一。

当地下室顶板作为上部结构嵌固端时，
规范（规程）明确规定：顶板上只有主楼而无裙房时，主楼范围内的地下1层及主楼投影面积之外1～2跨地下1层，其抗震等级不应低于主楼的抗震等级，地下1层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级但不应低于四级；顶板上有与主楼相连的裙房时，裙房除按本身确定抗震等级外，3～4跨内部分的抗震等级不应低于主楼抗震等级（当裙房采用框架结构而主楼为剪力墙结构时，框架结构的裙房的抗震等级可能高于主楼的抗震等级），此时裙房所对应的地下1层3～4跨的抗震等级也应与上部裙房相同。

5结束语：
高层建筑结构嵌固部位的选取是建筑结构设计的重要环节，是结构布置及配筋构造的保障，对保证地基的稳定性具有重要意义。

各建筑单位要加强对高层建筑结构嵌固端技术的研究与探讨，推进我国建筑事业的发展。

参考文献：
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［2］jgj3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程［s］．
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