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1、高層建筑結(jié)構(gòu)中關(guān)于上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取和設(shè)計(jì)建議摘 要：文章闡述了高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固部位的基本概念，并以2010版新規(guī)范抗規(guī)及高規(guī)的要求及基本思想為出發(fā)點(diǎn)，介紹了在運(yùn)用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件進(jìn)行電算分析時(shí)，如何確定高層建筑上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的一些處理辦法，尤其在地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的問(wèn)題上進(jìn)行深入探討，最后對(duì)與之相關(guān)的主要技術(shù)措施及實(shí)際工程應(yīng)用作出一些設(shè)計(jì)建議。 關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；上部結(jié)構(gòu)嵌固部位；設(shè)計(jì)建議帶地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)，在運(yùn)用計(jì)算軟件進(jìn)行電算分析時(shí)，如何根據(jù)電算分析的結(jié)果合理地確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中計(jì)算模型參數(shù)確定的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它關(guān)系到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與結(jié)構(gòu)實(shí)2、際受力狀態(tài)的吻合程度，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、變形以及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果。那嵌固部位是指什么呢？這里先來(lái)認(rèn)清一些基本概念，嵌固部位是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位，和剪力墻底部加強(qiáng)部位以及柱根加密區(qū)，都屬于同樣的概念。值得注意的是，規(guī)范中的“嵌固部位”，跟“嵌固端”是兩個(gè)不同的力學(xué)概念，不能混為一談。嵌固端約束構(gòu)件的所有自由度，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)一般只能取在基礎(chǔ)頂面處。而嵌固部位僅假設(shè)該處的水平位移為零，但不約束構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這也是對(duì)于帶地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)為什么嵌固部位可以設(shè)定在基礎(chǔ)頂面，也可以設(shè)定在地下室頂板的道理。搞清楚嵌固部位的基本概念之后，下面就實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，以帶單層地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)3、為例，關(guān)于上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的電算分析、選取以及涉及的一些重要的技術(shù)措施進(jìn)行探討。1 判斷嵌固部位時(shí)剛度比的算法根據(jù)2010版新規(guī)范抗規(guī)6.1.14條和高規(guī)5.3.7條的要求及基本思想，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位時(shí)，地下一層與首層的側(cè)向剛度比不宜小于2。其中計(jì)算地下一層的側(cè)向剛度時(shí)，抗規(guī)及高規(guī)均明確表示可以考慮地上結(jié)構(gòu)以外的地下室相關(guān)范圍的結(jié)構(gòu)，“相關(guān)范圍”從地上結(jié)構(gòu)（主樓、有裙房時(shí)含裙房）周邊外擴(kuò)三跨且不大于20米的地下室范圍。關(guān)于上述側(cè)向剛度比的算法，在業(yè)界內(nèi)卻存在一些爭(zhēng)議，具體說(shuō)法有以下幾種：1）高規(guī)5.3.7條文說(shuō)明明確了可以采用附錄E.0.1的剪切剛度算法，但未明確是否應(yīng)計(jì)入回填4、土的約束影響；2）08版SATWE補(bǔ)充用戶手冊(cè)中說(shuō)明應(yīng)采用剪切剛度算法，且不計(jì)入回填土的約束影響；3）朱炳寅寫的“對(duì)抗規(guī)第6.1.14條規(guī)定的理解和設(shè)計(jì)思考”文中建議，電算分析時(shí)，層剛度比采用抗規(guī)3.4.3條文說(shuō)明介紹的層剪力比層間位移算法，而只在手算或初步設(shè)計(jì)估算時(shí)采用高規(guī)附錄E.0.1的剪切剛度算法，且兩種方法計(jì)算時(shí)均不計(jì)入回填土的約束影響。為了搞清楚上述兩種側(cè)向剛度比算法的差異，特此查閱了已經(jīng)出圖并通過(guò)審圖中心審查的高層建筑結(jié)構(gòu)的電算分析結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用層剪力比層間位移算法得出的剛度比，普遍要比采用剪切剛度算法得出的結(jié)果大20%30%左右，即可能出現(xiàn)的情況是：采用剪切剛度算法時(shí)，地下5、室頂板可能不滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的要求，但采用層剪力比層間位移算法時(shí)，地下室頂板卻可以滿足上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的要求。綜上所述，由于各側(cè)向剛度比算法存在的差異性，以及現(xiàn)行規(guī)范的不明確性，因此，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不應(yīng)僅采取單一的計(jì)算方法及判定條件，而應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況、邊界約束情況等綜合考慮，確定一種既安全合理又經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)方法。2 設(shè)計(jì)建議前面說(shuō)到，計(jì)算地下一層側(cè)向剛度時(shí)，工程界的習(xí)慣是不計(jì)入回填土的約束影響，這種做法從理論上講，是一種偏安全的處理方法。而隨著各種結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件的不斷完善，現(xiàn)在已經(jīng)可以做到通過(guò)引入彈簧剛度這個(gè)方法來(lái)模擬周邊回填土的約束影響了，所以，利用這一方法，適當(dāng)計(jì)入回填土的約束6、影響，使工程設(shè)計(jì)更趨經(jīng)濟(jì)性和合理性，也是勢(shì)在必行的。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)工程自身的實(shí)際情況，參考以下方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：2.1 如何確定是否計(jì)入回填土的約束影響（1）當(dāng)擬建工程所在場(chǎng)地的地質(zhì)較差（室外自然地面以下存在較厚的軟弱土層）時(shí)，回填土對(duì)地下室的約束影響是極其有限的，此時(shí)，不應(yīng)計(jì)入回填土的約束影響。（2）當(dāng)擬建工程地下室較大，回填土所在的位置已超出地上結(jié)構(gòu)以外的地下室“相關(guān)范圍”時(shí)，按2010版高規(guī)及抗規(guī)相關(guān)條文的基本思想，不應(yīng)計(jì)入回填土的約束影響。（3）當(dāng)擬建工程所在場(chǎng)地的地質(zhì)很好（室外自然地面以下即為堅(jiān)實(shí)的土層或巖層），且回填土所在的位置在地下室“相關(guān)范圍”之內(nèi)，同時(shí)地下室周邊回填土滿7、足高規(guī)12.2.6及樁基規(guī)范4.2.7的要求，即灌注素混凝土或攪拌流動(dòng)性水泥土，或采用灰土、級(jí)配砂石、壓實(shí)性較好的素土分層夯實(shí)（壓實(shí)系數(shù)0.94）時(shí)，在地震和風(fēng)荷載作用下，地下室周邊的外側(cè)土是會(huì)分擔(dān)相當(dāng)一部分的水平荷載的，此時(shí)，應(yīng)計(jì)入回填土的約束影響。2.2 上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的選取方法及要點(diǎn)（1）當(dāng)?shù)叵乱粚优c首層的側(cè)向剛度比按剪切剛度算法和層剪力比層間位移算法的結(jié)果均小于2時(shí)，地下室頂板不應(yīng)按嵌固部位進(jìn)行設(shè)計(jì)，其計(jì)算要求及構(gòu)造均按普通地下室頂板的做法即可。（2）當(dāng)?shù)叵乱粚优c首層的側(cè)向剛度比按剪切剛度算法的結(jié)果小于2，但按層剪力比層間位移算法的結(jié)果不小于2時(shí)，此時(shí)，應(yīng)按包絡(luò)設(shè)計(jì)，即取不同的嵌固部8、位（地下一層的地面和地下室頂板）分別驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的傾覆、穩(wěn)定、變形、舒適性及構(gòu)件配筋，按不利值進(jìn)行設(shè)計(jì)。值得注意的是，實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，按包絡(luò)設(shè)計(jì)會(huì)增加不少的工作量，過(guò)程較為繁瑣，因此，設(shè)計(jì)中最好通過(guò)增加地下一層側(cè)向剛度的方法，盡量讓上部結(jié)構(gòu)在地下室頂板處嵌固，這樣設(shè)計(jì)也能得到簡(jiǎn)化、合理。（3）當(dāng)?shù)叵乱粚优c首層的側(cè)向剛度比按剪切剛度算法和層剪力比層間位移算法的結(jié)果均大于2時(shí)，應(yīng)把上部結(jié)構(gòu)嵌固部位設(shè)在地下室頂板進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)的構(gòu)造要求亦應(yīng)滿足抗規(guī)6.1.14的要求。2.3 新規(guī)范關(guān)于嵌固部位的特別注意事項(xiàng)當(dāng)按2.1、2.2的方法確定地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位后，按2010版新抗規(guī)6.1.10、69、.1.14條文說(shuō)明的基本思想，其中有兩點(diǎn)值得特別注意的，現(xiàn)歸納如下：（1）剪力墻的底部加強(qiáng)部位應(yīng)從地下室頂板算起，地下一層及以下可定位非底部加強(qiáng)部位（即剪力墻可僅設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，箍筋構(gòu)造要求可放松，但邊緣構(gòu)件的縱筋仍應(yīng)滿足6.1.14第4款的要求）。關(guān)于這一條，跟2002版的抗規(guī)是有較大區(qū)別的（2002版抗規(guī)要求：即使地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位，剪力墻底部加強(qiáng)部位亦應(yīng)向下延伸一層）。其實(shí)，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)嵌固部位后，地下一層的地震效應(yīng)及水平位移已比上部結(jié)構(gòu)大大減少，因此，2010版新規(guī)范的修訂更趨于經(jīng)濟(jì)、合理，是規(guī)范不斷完善的一個(gè)體現(xiàn)。（2）關(guān)于嵌固部位“強(qiáng)柱弱梁”的規(guī)范要求及設(shè)10、計(jì)體現(xiàn)，值得注意的是，針對(duì)新規(guī)范修訂而更新的國(guó)標(biāo)圖集11G101-1在圖集中也有了更明確及清晰的設(shè)計(jì)及施工要求，詳見圖集第58頁(yè)圖“地下一層增加鋼筋在嵌固部位的錨固構(gòu)造”，設(shè)計(jì)單位應(yīng)充分理解規(guī)范及圖集的這一初衷，必要時(shí)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在對(duì)施工單位的技術(shù)交底時(shí)特別強(qiáng)調(diào)這一構(gòu)造及施工要求，避免嵌固部位節(jié)點(diǎn)因施工跟設(shè)計(jì)的脫節(jié)而使“強(qiáng)柱弱梁”的抗震要求得不到較好的保證。3 結(jié)語(yǔ)總之，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，雖然嵌固部位的問(wèn)題還有待進(jìn)一步探討，業(yè)界內(nèi)也還存在一些爭(zhēng)議，但只要根據(jù)工程的實(shí)際情況出發(fā)，選擇跟工程自身符合程度較高的設(shè)計(jì)假定，同時(shí)在相關(guān)問(wèn)題的計(jì)算要求及構(gòu)造要求上充分體現(xiàn)規(guī)范的基本思想和初衷，那我們的設(shè)計(jì)也會(huì)逐步趨于經(jīng)濟(jì)、合理和完善。參考文獻(xiàn)1 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）M.北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ 3-2010） M.北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.3 朱炳寅.對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第6.1.14條規(guī)定的理解和設(shè)計(jì)思考J.建筑結(jié)構(gòu)?技術(shù)通訊，2006（09）.