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摘要：随着我国城市化建设如火如荼的展开，市内人口密度和建筑密度越来越高，为缓解其与用地面积有限之间的矛盾，高层住宅项目的大规模建设应运而生。嵌固端的确定对结构计算结果的影响十分显著，因此有必要对各情况下高层住宅项目嵌固端位置的确定进行讨论分析。
关键词：高层住宅，嵌固端，地下室，结构计算，基础顶面
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
1概述
结构的嵌固部位是多高层建筑计算模型中的一个重要假定，嵌固部位设置的正确与否直接决定了结构计算模型与实际受力工况的契合程度，以及结构构件的内力、周期及位移等多项计算结果。因此，多高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端位置的选取却面临着各种不同情况，如建筑有无地下室；地下室层数的多少，是否为多塔结构等。因此，如何结合实际情况正确合理的确定多高层建筑的嵌固部位，就成为了结构设计师首要面对的问题。[1]本文针对以上几种情况进行了讨论分析。
简单来讲，所谓嵌固端即结构塑性铰预期出现的位置，理论上就是结构下部的嵌固端应能限制上部结构在水平方向的平动位移和转角位移，并能够将上部结构的水平剪力全部传递给嵌固端以下的结构。该塑性铰出现在嵌固端所在楼层墙柱的下端，而不是出现在梁柱节点的两侧。通常采用增大嵌固端所在楼层底板梁的受弯承载力，同时提高下一层墙柱顶的受弯承载力的方法来实现嵌固。[2] [3] [4]
2不带地下室的多高层建筑
无地下室情况通常多见于多层及小高层建筑，该情况下嵌固端位置的选择与基础形式及基础埋深相关，一般选择基础顶面作为结构嵌固端。实际情况中，小高层建筑受水平风荷载作用及地震作用影响，为保证结构整体稳定及抗倾覆能力，对基础埋深有一定的要求；同时，虽然多层建筑主要以承担竖向作用为主，基础埋深通常可以较浅，但当受建筑物类型及用途、工程地质和水文地质条件、相邻建筑基础埋深及季节性冻土的冻融等因素的影响，其基础埋深也可能较大。在以上情况下，为保证相关楼层不出现薄弱层及控制首层位移角满足规范要求，极易导致基础顶面至首层顶的墙柱断面过大，经济性受到损害。此时为兼顾建筑的经济性能及受力性能，嵌固端的位置需要综合考虑基础埋深因素，具体做法通常有两种：
2.1 采用零层拉梁加刚性地面的方法
采用该方法可在保持结构嵌固端位于基础顶面不变的情况下显著改善结构的受力性能及经济性能。一方面，加设零层梁可有效减小首层柱的计算长度，进而易于保证其位移角满足规范要求，且避免结构出现薄弱层；另一方面，维持嵌固端位于基础顶面不变，可避免在零层出铺设厚板，并降低对零层出梁柱的刚度要求，经济性得到保证。
2.2 采用基础短柱的方法
（1）柱嵌固端位于基础顶，此时计算模型底层高度为：基础顶至首层标高。而拉梁的计算又分为两种，若拉梁作为简支，则计算时可不考虑拉梁；若拉梁分担柱弯矩，则计算时应考虑拉梁，此时形成的短柱按一般短柱箍筋应加密；
（2）柱嵌固端位于短柱顶，则短柱线刚度应为上部柱的10倍，具体计算方法见《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.5条。[5]
3带局部地下室的多高层建筑
带有局部地下室的多高层建筑，因其地下室布置范围占上部塔楼投影面积的比例不确定，其嵌固部位的确定需根据工程實际情况加以分析确定。通常情况下，只要局部地下室范围结构满足规范对于地下室顶板作为结构嵌固端的要求，可以作为地下室范围内的嵌固端；无地下室部分做常规的桩基础，与局部地下室部分的地下室顶板处标高基本取齐，该部分自动满足嵌固条件。
构造上应采取措施控制差异沉降。至于震动同步问题，个人建议局部地下室和无地下室部分可通过大刚度拉梁加强联系；且由于两者均埋入土中，地震作用下传至地下室的地震作用大部分都迅速被土层吸收，因此，对于局部地下室顶板以上的整个上部结构，地震作用的相位差应该不显著。
4带地下室的多高层建筑
目前各地房地产建设项目，特别是住宅小区的建设多数为带整体地下室的点式塔楼项目，限于土地面积及开发商经济实力的限制，实际中也大量存在仅塔楼投影范围内带地下室的多高层建筑。下面针对以上两种情况，进行分类讨论。
4.1 仅塔楼投影范围内带地下室
该种情况下，地下室外墙在兼顾承受上部竖向荷载的情况下还起到挡土的作用，因此在平面内刚度较大，且墙体周围的土体对地下室有很强的约束作用，再有目的地采取构造措施对地下室进行加强，此时多高层建筑往往在地下室顶板处发生刚度突变，在水平地震力的作用下结构塑性铰的出现部位由基础顶上移至地下室顶板处。具体实现将地下室顶板作为嵌固部位的条件如下：
（1）地下一层相关范围（一般指主楼周边外延1~2跨，此处讨论情况无需考虑此点）的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下的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；
（2）地下室顶板应避免开设大洞口，其混凝土强度等级不宜低于C30，地下室楼盖应采用现浇梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，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）地下室顶板与室外地坪的高差宜小于本层层高的1/3，以保证周围土体对地下室的有效约束作用；
（4）地下一层柱每侧的纵筋配筋面积除满足计算要求外，且不应小于首层对应位置柱每侧纵筋面积的1.1倍；同时，地下一层梁端顶面及底面的纵向钢筋配筋面积应比计算值增大0.1倍取用；地下一层剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应少于首层对应位置边缘构件纵向钢筋截面面积；
（5）边柱处应设有钢筋混凝土剪力墙，无剪力墙或约束不好时，边梁应采取增加箍筋的构造措施人为加强；
（6）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室自身的地震作用，近似考虑地下式结构的侧向刚度与上部结构侧向刚度之比不宜小于2；
（7）地下室顶板的框架梁应有足够的抗弯刚度，地下室顶板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承载力之和。
（8）当上部结构嵌固在地下室顶板时，剪力墙结构底部加强区下限高度通常从地下一层起算，地下一层以下可不加强。
4.2 塔楼投影范围外带地下室
在确定该种类型建筑嵌固端位置前，首先要确定是否为多塔结构，限于篇幅，本文不对多塔结构嵌固端位置的确定进行分析。
当地下室自身抗侧构件的刚度足够强时。尽量将嵌固位置定于地下室顶板，该情况下结构受力明确，计算模型清晰；当地下室外墙距离塔楼投影范围较远，且存在地下一层高较大等不利情况时，上部结构嵌固在地下室顶面条件不具备，可将嵌固端下移，嵌固在基础顶面，常见的工程一般为多个塔楼仅通过地下室连为一体，没有裙房，此种情况不是严格意义上的多塔结构，计算时可不考虑塔楼投影范围外地下室相关范围墙柱对地下一层的刚度贡献，该做法有利于充分发挥基础的“无限”刚度，为地下室顶板结构的灵活选型创造有利条件，即使其留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不受影响。此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。
5结论
多高层建筑的结构设计过程中，嵌固端位置的正确选取，直接决定了计算结果能否较真实地反映结构的实际情况。面对工程形式的多样性，结合实际情况正确选取嵌固端位置就凸显出其重要性，且在嵌固端位置确定后设计中如何采取构造措施保证其成为真正的嵌固端，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。
6参考文献
杨星. 高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题[J].中国建筑工业出版社. 2010年3月.
杨星. PKPM结构软件从入门到精通[M].中国建筑工业出版社. 2010年3月.
李国胜.多高层混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].中国建筑工业出版社. 第二版,2011年8月.
GB 50011-2010 《建筑抗震设计规范》.
GB 50007-2011 《建筑地基基础设计规范》.
关键词：高层住宅，嵌固端，地下室，结构计算，基础顶面
中图分类号：TU241.8 文献标识码：A 文章编号：
1概述
结构的嵌固部位是多高层建筑计算模型中的一个重要假定，嵌固部位设置的正确与否直接决定了结构计算模型与实际受力工况的契合程度，以及结构构件的内力、周期及位移等多项计算结果。因此，多高层建筑在进行结构分析计算之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端位置的选取却面临着各种不同情况，如建筑有无地下室；地下室层数的多少，是否为多塔结构等。因此，如何结合实际情况正确合理的确定多高层建筑的嵌固部位，就成为了结构设计师首要面对的问题。[1]本文针对以上几种情况进行了讨论分析。
简单来讲，所谓嵌固端即结构塑性铰预期出现的位置，理论上就是结构下部的嵌固端应能限制上部结构在水平方向的平动位移和转角位移，并能够将上部结构的水平剪力全部传递给嵌固端以下的结构。该塑性铰出现在嵌固端所在楼层墙柱的下端，而不是出现在梁柱节点的两侧。通常采用增大嵌固端所在楼层底板梁的受弯承载力，同时提高下一层墙柱顶的受弯承载力的方法来实现嵌固。[2] [3] [4]
2不带地下室的多高层建筑
无地下室情况通常多见于多层及小高层建筑，该情况下嵌固端位置的选择与基础形式及基础埋深相关，一般选择基础顶面作为结构嵌固端。实际情况中，小高层建筑受水平风荷载作用及地震作用影响，为保证结构整体稳定及抗倾覆能力，对基础埋深有一定的要求；同时，虽然多层建筑主要以承担竖向作用为主，基础埋深通常可以较浅，但当受建筑物类型及用途、工程地质和水文地质条件、相邻建筑基础埋深及季节性冻土的冻融等因素的影响，其基础埋深也可能较大。在以上情况下，为保证相关楼层不出现薄弱层及控制首层位移角满足规范要求，极易导致基础顶面至首层顶的墙柱断面过大，经济性受到损害。此时为兼顾建筑的经济性能及受力性能，嵌固端的位置需要综合考虑基础埋深因素，具体做法通常有两种：
2.1 采用零层拉梁加刚性地面的方法
采用该方法可在保持结构嵌固端位于基础顶面不变的情况下显著改善结构的受力性能及经济性能。一方面，加设零层梁可有效减小首层柱的计算长度，进而易于保证其位移角满足规范要求，且避免结构出现薄弱层；另一方面，维持嵌固端位于基础顶面不变，可避免在零层出铺设厚板，并降低对零层出梁柱的刚度要求，经济性得到保证。
2.2 采用基础短柱的方法
（1）柱嵌固端位于基础顶，此时计算模型底层高度为：基础顶至首层标高。而拉梁的计算又分为两种，若拉梁作为简支，则计算时可不考虑拉梁；若拉梁分担柱弯矩，则计算时应考虑拉梁，此时形成的短柱按一般短柱箍筋应加密；
（2）柱嵌固端位于短柱顶，则短柱线刚度应为上部柱的10倍，具体计算方法见《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.5条。[5]
3带局部地下室的多高层建筑
带有局部地下室的多高层建筑，因其地下室布置范围占上部塔楼投影面积的比例不确定，其嵌固部位的确定需根据工程實际情况加以分析确定。通常情况下，只要局部地下室范围结构满足规范对于地下室顶板作为结构嵌固端的要求，可以作为地下室范围内的嵌固端；无地下室部分做常规的桩基础，与局部地下室部分的地下室顶板处标高基本取齐，该部分自动满足嵌固条件。
构造上应采取措施控制差异沉降。至于震动同步问题，个人建议局部地下室和无地下室部分可通过大刚度拉梁加强联系；且由于两者均埋入土中，地震作用下传至地下室的地震作用大部分都迅速被土层吸收，因此，对于局部地下室顶板以上的整个上部结构，地震作用的相位差应该不显著。
4带地下室的多高层建筑
目前各地房地产建设项目，特别是住宅小区的建设多数为带整体地下室的点式塔楼项目，限于土地面积及开发商经济实力的限制，实际中也大量存在仅塔楼投影范围内带地下室的多高层建筑。下面针对以上两种情况，进行分类讨论。
4.1 仅塔楼投影范围内带地下室
该种情况下，地下室外墙在兼顾承受上部竖向荷载的情况下还起到挡土的作用，因此在平面内刚度较大，且墙体周围的土体对地下室有很强的约束作用，再有目的地采取构造措施对地下室进行加强，此时多高层建筑往往在地下室顶板处发生刚度突变，在水平地震力的作用下结构塑性铰的出现部位由基础顶上移至地下室顶板处。具体实现将地下室顶板作为嵌固部位的条件如下：
（1）地下一层相关范围（一般指主楼周边外延1~2跨，此处讨论情况无需考虑此点）的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下的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；
（2）地下室顶板应避免开设大洞口，其混凝土强度等级不宜低于C30，地下室楼盖应采用现浇梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，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）地下室顶板与室外地坪的高差宜小于本层层高的1/3，以保证周围土体对地下室的有效约束作用；
（4）地下一层柱每侧的纵筋配筋面积除满足计算要求外，且不应小于首层对应位置柱每侧纵筋面积的1.1倍；同时，地下一层梁端顶面及底面的纵向钢筋配筋面积应比计算值增大0.1倍取用；地下一层剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应少于首层对应位置边缘构件纵向钢筋截面面积；
（5）边柱处应设有钢筋混凝土剪力墙，无剪力墙或约束不好时，边梁应采取增加箍筋的构造措施人为加强；
（6）地下室结构应能承受上部结构屈服超强及地下室自身的地震作用，近似考虑地下式结构的侧向刚度与上部结构侧向刚度之比不宜小于2；
（7）地下室顶板的框架梁应有足够的抗弯刚度，地下室顶板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承载力之和。
（8）当上部结构嵌固在地下室顶板时，剪力墙结构底部加强区下限高度通常从地下一层起算，地下一层以下可不加强。
4.2 塔楼投影范围外带地下室
在确定该种类型建筑嵌固端位置前，首先要确定是否为多塔结构，限于篇幅，本文不对多塔结构嵌固端位置的确定进行分析。
当地下室自身抗侧构件的刚度足够强时。尽量将嵌固位置定于地下室顶板，该情况下结构受力明确，计算模型清晰；当地下室外墙距离塔楼投影范围较远，且存在地下一层高较大等不利情况时，上部结构嵌固在地下室顶面条件不具备，可将嵌固端下移，嵌固在基础顶面，常见的工程一般为多个塔楼仅通过地下室连为一体，没有裙房，此种情况不是严格意义上的多塔结构，计算时可不考虑塔楼投影范围外地下室相关范围墙柱对地下一层的刚度贡献，该做法有利于充分发挥基础的“无限”刚度，为地下室顶板结构的灵活选型创造有利条件，即使其留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不受影响。此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。
5结论
多高层建筑的结构设计过程中，嵌固端位置的正确选取，直接决定了计算结果能否较真实地反映结构的实际情况。面对工程形式的多样性，结合实际情况正确选取嵌固端位置就凸显出其重要性，且在嵌固端位置确定后设计中如何采取构造措施保证其成为真正的嵌固端，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。
6参考文献
杨星. 高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题[J].中国建筑工业出版社. 2010年3月.
杨星. PKPM结构软件从入门到精通[M].中国建筑工业出版社. 2010年3月.
李国胜.多高层混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].中国建筑工业出版社. 第二版,2011年8月.
GB 50011-2010 《建筑抗震设计规范》.
GB 50007-2011 《建筑地基基础设计规范》.