1、高層建筑結構中關于上部結構嵌固部位的選取和設計建議摘 要：文章闡述了高層建筑結構嵌固部位的基本概念，并以2010版新規范抗規及高規的要求及基本思想為出發點，介紹了在運用結構計算軟件進行電算分析時，如何確定高層建筑上部結構嵌固部位的一些處理辦法，尤其在地下室頂板作為上部結構嵌固部位的問題上進行深入探討，最后對與之相關的主要技術措施及實際工程應用作出一些設計建議。 關鍵詞：高層建筑結構；上部結構嵌固部位；設計建議帶地下室的高層建筑結構，在運用計算軟件進行電算分析時，如何根據電算分析的結果合理地確定上部結構的嵌固部位，是高層建筑結構設計中計算模型參數確定的一個重要的環節，它關系到結構計算模型與結構實
2、際受力狀態的吻合程度，進而影響結構構件的強度、變形以及結構整體穩定性的計算結果。那嵌固部位是指什么呢？這里先來認清一些基本概念，嵌固部位是預期塑性鉸出現的部位，和剪力墻底部加強部位以及柱根加密區，都屬于同樣的概念。值得注意的是，規范中的“嵌固部位”，跟“嵌固端”是兩個不同的力學概念，不能混為一談。嵌固端約束構件的所有自由度，對于建筑結構一般只能取在基礎頂面處。而嵌固部位僅假設該處的水平位移為零，但不約束構件的轉動自由度。這也是對于帶地下室的高層建筑結構為什么嵌固部位可以設定在基礎頂面，也可以設定在地下室頂板的道理。搞清楚嵌固部位的基本概念之后，下面就實際工程設計中，以帶單層地下室的高層建筑結構
3、為例，關于上部結構嵌固部位的電算分析、選取以及涉及的一些重要的技術措施進行探討。1 判斷嵌固部位時剛度比的算法根據2010版新規范抗規6.1.14條和高規5.3.7條的要求及基本思想，地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層與首層的側向剛度比不宜小于2。其中計算地下一層的側向剛度時，抗規及高規均明確表示可以考慮地上結構以外的地下室相關范圍的結構，“相關范圍”從地上結構（主樓、有裙房時含裙房）周邊外擴三跨且不大于20米的地下室范圍。關于上述側向剛度比的算法，在業界內卻存在一些爭議，具體說法有以下幾種：1）高規5.3.7條文說明明確了可以采用附錄E.0.1的剪切剛度算法，但未明確是否應計入回填
4、土的約束影響；2）08版SATWE補充用戶手冊中說明應采用剪切剛度算法，且不計入回填土的約束影響；3）朱炳寅寫的“對抗規第6.1.14條規定的理解和設計思考”文中建議，電算分析時，層剛度比采用抗規3.4.3條文說明介紹的層剪力比層間位移算法，而只在手算或初步設計估算時采用高規附錄E.0.1的剪切剛度算法，且兩種方法計算時均不計入回填土的約束影響。為了搞清楚上述兩種側向剛度比算法的差異，特此查閱了已經出圖并通過審圖中心審查的高層建筑結構的電算分析結果。結果發現，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果大20%30%左右，即可能出現的情況是：采用剪切剛度算法時，地下
5、室頂板可能不滿足上部結構嵌固部位的要求，但采用層剪力比層間位移算法時，地下室頂板卻可以滿足上部結構嵌固部位的要求。綜上所述，由于各側向剛度比算法存在的差異性，以及現行規范的不明確性，因此，實際工程設計中，不應僅采取單一的計算方法及判定條件，而應根據工程的實際情況、邊界約束情況等綜合考慮，確定一種既安全合理又經濟適用的設計方法。2 設計建議前面說到，計算地下一層側向剛度時，工程界的習慣是不計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。而隨著各種結構計算軟件的不斷完善，現在已經可以做到通過引入彈簧剛度這個方法來模擬周邊回填土的約束影響了，所以，利用這一方法，適當計入回填土的約束
6、影響，使工程設計更趨經濟性和合理性，也是勢在必行的。實際工程設計中，可以根據工程自身的實際情況，參考以下方法進行設計：2.1 如何確定是否計入回填土的約束影響（1）當擬建工程所在場地的地質較差（室外自然地面以下存在較厚的軟弱土層）時，回填土對地下室的約束影響是極其有限的，此時，不應計入回填土的約束影響。（2）當擬建工程地下室較大，回填土所在的位置已超出地上結構以外的地下室“相關范圍”時，按2010版高規及抗規相關條文的基本思想，不應計入回填土的約束影響。（3）當擬建工程所在場地的地質很好（室外自然地面以下即為堅實的土層或巖層），且回填土所在的位置在地下室“相關范圍”之內，同時地下室周邊回填土滿
7、足高規12.2.6及樁基規范4.2.7的要求，即灌注素混凝土或攪拌流動性水泥土，或采用灰土、級配砂石、壓實性較好的素土分層夯實（壓實系數0.94）時，在地震和風荷載作用下，地下室周邊的外側土是會分擔相當一部分的水平荷載的，此時，應計入回填土的約束影響。2.2 上部結構嵌固部位的選取方法及要點（1）當地下一層與首層的側向剛度比按剪切剛度算法和層剪力比層間位移算法的結果均小于2時，地下室頂板不應按嵌固部位進行設計，其計算要求及構造均按普通地下室頂板的做法即可。（2）當地下一層與首層的側向剛度比按剪切剛度算法的結果小于2，但按層剪力比層間位移算法的結果不小于2時，此時，應按包絡設計，即取不同的嵌固部
8、位（地下一層的地面和地下室頂板）分別驗算結構的傾覆、穩定、變形、舒適性及構件配筋，按不利值進行設計。值得注意的是，實際工程設計時，按包絡設計會增加不少的工作量，過程較為繁瑣，因此，設計中最好通過增加地下一層側向剛度的方法，盡量讓上部結構在地下室頂板處嵌固，這樣設計也能得到簡化、合理。（3）當地下一層與首層的側向剛度比按剪切剛度算法和層剪力比層間位移算法的結果均大于2時，應把上部結構嵌固部位設在地下室頂板進行設計，相應的構造要求亦應滿足抗規6.1.14的要求。2.3 新規范關于嵌固部位的特別注意事項當按2.1、2.2的方法確定地下室頂板作為上部結構的嵌固部位后，按2010版新抗規6.1.10、6
9、.1.14條文說明的基本思想，其中有兩點值得特別注意的，現歸納如下：（1）剪力墻的底部加強部位應從地下室頂板算起，地下一層及以下可定位非底部加強部位（即剪力墻可僅設置構造邊緣構件，箍筋構造要求可放松，但邊緣構件的縱筋仍應滿足6.1.14第4款的要求）。關于這一條，跟2002版的抗規是有較大區別的（2002版抗規要求：即使地下室頂板作為上部結構嵌固部位，剪力墻底部加強部位亦應向下延伸一層）。其實，當地下室頂板作為上部結構嵌固部位后，地下一層的地震效應及水平位移已比上部結構大大減少，因此，2010版新規范的修訂更趨于經濟、合理，是規范不斷完善的一個體現。（2）關于嵌固部位“強柱弱梁”的規范要求及設
10、計體現，值得注意的是，針對新規范修訂而更新的國標圖集11G101-1在圖集中也有了更明確及清晰的設計及施工要求，詳見圖集第58頁圖“地下一層增加鋼筋在嵌固部位的錨固構造”，設計單位應充分理解規范及圖集的這一初衷，必要時，設計單位應在對施工單位的技術交底時特別強調這一構造及施工要求，避免嵌固部位節點因施工跟設計的脫節而使“強柱弱梁”的抗震要求得不到較好的保證。3 結語總之，在實際工程設計中，雖然嵌固部位的問題還有待進一步探討，業界內也還存在一些爭議，但只要根據工程的實際情況出發，選擇跟工程自身符合程度較高的設計假定，同時在相關問題的計算要求及構造要求上充分體現規范的基本思想和初衷，那我們的設計也會逐步趨于經濟、合理和完善。參考文獻1 建筑抗震設計規范（GB50011-2010）M.北京，中國建筑工業出版社，2010.2 高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ 3-2010） M.北京，中國建筑工業出版社，2010.3 朱炳寅.對建筑抗震設計規范第6.1.14條規定的理解和設計思考J.建筑結構?技術通訊，2006（09）.
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