浅析高层建筑结构嵌固端的选取
程其芬+周乔恒+程海艳
【摘 要】本文根据规范给出的地下室顶板作为结构嵌固端的条件分析探讨了一般高层建筑嵌固端部位的选取，另简单分析了工程实际中碰到的与嵌固端相关问题的处理，希望能作为设计的参考，也引起结构设计人员的重视。
【关键词】高层建筑；地下室顶板；嵌固端；嵌固
On the high-rise building structures embedded solid end selection
Cheng Qi-fen1,Zhou Qiao-heng2,Cheng Hai-yan1
(1.Three Gorges University Institute of Architectural Design Yichang Hubei 443002；
2.Longgang District Safety Production Technology Center Shenzhen Guangdong 518172)
【Abstract】In this paper, as a structural analysis of embedded solid end conditions according to the specifications given in the basement roof discusses selected general embedded solid-side high-rise building site, and the other a simple analysis of the actual project encountered problems associated with fixed end embedded processing, hoping as a design reference, but also pay attention to structural designers.
【Key words】High-rise buildings;Basement roof;Embedded solid end;Embedded solid
1. 引言
在进行高层建筑结构设计时，结构嵌固端所取的位置是结构设计人员首先应考虑的问题。建筑能否嵌固于地下室顶板是结构设计的一个重要假定，它关系到结构分析的真实性、准确性以及经济性。而不同的工程嵌固端的选取却面临着很多不同情况，给设计人员带来了不少的困难，如：无地下室但基础埋深较大；设有地下室但其层数是多层；地下室三面挡土，一面临空；以及基础形式不同等。因此有必要对结构嵌固端的选取作一个分析探讨。
2. 规范规定地下室顶板作为结构嵌固端的条件
（1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.14条，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：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；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。且结构形式、板厚、配筋、混凝土等级作了相应的构造要求，对嵌固部位以下的抗震等级也作了要求。
（2）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.3.7条给出了嵌固部位的刚度要求：高层建筑结构的整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.2.1条规定：高层建筑地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列规定：1 地下室顶板应避免开设大洞口，其混凝土强度等级应符合本规程第3.2.2条的规定，楼盖设计应符合本规程第3.6.3条的规定；2 地下一层与相邻上层的侧向刚度比应符合本规程第5.3.7条的规定。
3. 一般高层建筑结构嵌固端的选取
3.1 当设有地下室时，地下室顶板作嵌固端的条件：
（1）地下室侧壁要有良好的侧限，即必须全埋地下室，半地下室顶板是不能成为结构嵌固端的。半地下室则要注意结构的均匀性，合理处理与挡土墙的关系，减小扭转效应。
（2）地下室顶板板面不宜大开洞、板面标高高差不能太大，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度，不能影响水平力的传递。当高差大于梁高时，可采取增加竖向加腋或斜撑或其它处理措施。
（3）地下室顶板结构应为现浇梁板结构(即不能是无梁楼盖)。应正确分析当设有多层地下室时，可选用哪一层地下室顶板作为嵌固端，正确布置结构体系。
3.2 不设地下室时的，嵌固端一般选在基础或地面： 高层建筑不设地下室通常是针对层数有限（一般不超过12层）的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不提倡的。
（1）不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，一般首层层高宜从基础面算起，也可适当考虑土的约束作用，稍作折减。
（2）若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离未设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。
4. 工程实际中碰到的与嵌固端相关的问题
4.1 对应单栋高层建筑不外扩的地下室。 当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常也可选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，且即使是首层楼面留有大孔洞，楼板面高差较大，或选用无梁楼盖结构，结构上都是可行的。此外，规范规定地下负一层的抗震等级与上部结构须一致，以基础作为嵌固端可能会取得较好的经济效益。但当地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，此时经济性考虑可取地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
4.2 对应单栋高层建筑外扩的地下室。
（1）高层建筑在地下室顶板上的投影面积远远小于1时，说明地下室侧限远离塔楼，塔楼发生的侧向位移可能会引起首层楼面的变形，计算变形很小，对上部结构也会造成很大的影响，故在计算地下室结构楼层侧向刚度时，规范中规定了相关部位：地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。实际工程根据相关部位计算可能不能满足嵌固条件的刚度比要求，此时可在相关范围内增设剪力墙以满足嵌固条件。
（2）特别是大底盘与塔楼偏置时，地下室两侧外墙离塔楼较近，因外墙侧向刚度大，地下室顶板可能可满足嵌固的条件；但地下室结构在上部结构周围的刚度中心与质量偏心偏离较大，会引起较大的扭转效应，结构不利。此时也应在地下室相关范围内增设剪力墙，以减小扭转影响。
4.3 大底盘多塔楼。 大底盘多塔楼大多为大片居住建筑组团，底下设置大型商业或作为地下停车库。设计中应尽量使复杂问题简单化，能不转换尽量不转换，准确判断地下室顶板能否作为结构的嵌固端，合理设缝断开成简单独立的结构单元，提高结构布置的经济性。
5. 结束语（1）总之，要成为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。正是规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”的观点。
（2）在高层建筑结构设计中，关于结构嵌固端的选取，目前的结构计算程序都能获得准确的计算结果，但计算结果一定要较真实地反映结构的实际情况。结构计算时需输入正确的参数，不同的嵌固端可能对结构计算结果的影响也相当大，应准确分析结构嵌固端的选取，且在嵌固端确定后设计中应采取相应构造措施保证其成为真正的嵌固端，这些都是结构设计人员应该引起足够重视的。本文仅粗略的分析了一般嵌固端的选取，其深度和广度有待于提高，具体问题具体分析，对嵌固端的选取可能需要更深一步的研究和总结。
参考文献
［1］ JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
［2］ GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］．
［3］ 吴汉福，戴国莹，袁文章．上部结构嵌固部位的处理［J］．
【摘 要】本文根据规范给出的地下室顶板作为结构嵌固端的条件分析探讨了一般高层建筑嵌固端部位的选取，另简单分析了工程实际中碰到的与嵌固端相关问题的处理，希望能作为设计的参考，也引起结构设计人员的重视。
【关键词】高层建筑；地下室顶板；嵌固端；嵌固
On the high-rise building structures embedded solid end selection
Cheng Qi-fen1,Zhou Qiao-heng2,Cheng Hai-yan1
(1.Three Gorges University Institute of Architectural Design Yichang Hubei 443002；
2.Longgang District Safety Production Technology Center Shenzhen Guangdong 518172)
【Abstract】In this paper, as a structural analysis of embedded solid end conditions according to the specifications given in the basement roof discusses selected general embedded solid-side high-rise building site, and the other a simple analysis of the actual project encountered problems associated with fixed end embedded processing, hoping as a design reference, but also pay attention to structural designers.
【Key words】High-rise buildings;Basement roof;Embedded solid end;Embedded solid
1. 引言
在进行高层建筑结构设计时，结构嵌固端所取的位置是结构设计人员首先应考虑的问题。建筑能否嵌固于地下室顶板是结构设计的一个重要假定，它关系到结构分析的真实性、准确性以及经济性。而不同的工程嵌固端的选取却面临着很多不同情况，给设计人员带来了不少的困难，如：无地下室但基础埋深较大；设有地下室但其层数是多层；地下室三面挡土，一面临空；以及基础形式不同等。因此有必要对结构嵌固端的选取作一个分析探讨。
2. 规范规定地下室顶板作为结构嵌固端的条件
（1）根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第6.1.14条，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：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；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。且结构形式、板厚、配筋、混凝土等级作了相应的构造要求，对嵌固部位以下的抗震等级也作了要求。
（2）根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第5.3.7条给出了嵌固部位的刚度要求：高层建筑结构的整体计算中，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第12.2.1条规定：高层建筑地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列规定：1 地下室顶板应避免开设大洞口，其混凝土强度等级应符合本规程第3.2.2条的规定，楼盖设计应符合本规程第3.6.3条的规定；2 地下一层与相邻上层的侧向刚度比应符合本规程第5.3.7条的规定。
3. 一般高层建筑结构嵌固端的选取
3.1 当设有地下室时，地下室顶板作嵌固端的条件：
（1）地下室侧壁要有良好的侧限，即必须全埋地下室，半地下室顶板是不能成为结构嵌固端的。半地下室则要注意结构的均匀性，合理处理与挡土墙的关系，减小扭转效应。
（2）地下室顶板板面不宜大开洞、板面标高高差不能太大，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度，不能影响水平力的传递。当高差大于梁高时，可采取增加竖向加腋或斜撑或其它处理措施。
（3）地下室顶板结构应为现浇梁板结构(即不能是无梁楼盖)。应正确分析当设有多层地下室时，可选用哪一层地下室顶板作为嵌固端，正确布置结构体系。
3.2 不设地下室时的，嵌固端一般选在基础或地面： 高层建筑不设地下室通常是针对层数有限（一般不超过12层）的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不提倡的。
（1）不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，一般首层层高宜从基础面算起，也可适当考虑土的约束作用，稍作折减。
（2）若基础(承台)面标高与首层标高有一定距离未设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。
4. 工程实际中碰到的与嵌固端相关的问题
4.1 对应单栋高层建筑不外扩的地下室。 当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常也可选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，且即使是首层楼面留有大孔洞，楼板面高差较大，或选用无梁楼盖结构，结构上都是可行的。此外，规范规定地下负一层的抗震等级与上部结构须一致，以基础作为嵌固端可能会取得较好的经济效益。但当地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，此时经济性考虑可取地下室顶板作为上部结构的嵌固端。
4.2 对应单栋高层建筑外扩的地下室。
（1）高层建筑在地下室顶板上的投影面积远远小于1时，说明地下室侧限远离塔楼，塔楼发生的侧向位移可能会引起首层楼面的变形，计算变形很小，对上部结构也会造成很大的影响，故在计算地下室结构楼层侧向刚度时，规范中规定了相关部位：地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。实际工程根据相关部位计算可能不能满足嵌固条件的刚度比要求，此时可在相关范围内增设剪力墙以满足嵌固条件。
（2）特别是大底盘与塔楼偏置时，地下室两侧外墙离塔楼较近，因外墙侧向刚度大，地下室顶板可能可满足嵌固的条件；但地下室结构在上部结构周围的刚度中心与质量偏心偏离较大，会引起较大的扭转效应，结构不利。此时也应在地下室相关范围内增设剪力墙，以减小扭转影响。
4.3 大底盘多塔楼。 大底盘多塔楼大多为大片居住建筑组团，底下设置大型商业或作为地下停车库。设计中应尽量使复杂问题简单化，能不转换尽量不转换，准确判断地下室顶板能否作为结构的嵌固端，合理设缝断开成简单独立的结构单元，提高结构布置的经济性。
5. 结束语（1）总之，要成为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。正是规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的二倍”的观点。
（2）在高层建筑结构设计中，关于结构嵌固端的选取，目前的结构计算程序都能获得准确的计算结果，但计算结果一定要较真实地反映结构的实际情况。结构计算时需输入正确的参数，不同的嵌固端可能对结构计算结果的影响也相当大，应准确分析结构嵌固端的选取，且在嵌固端确定后设计中应采取相应构造措施保证其成为真正的嵌固端，这些都是结构设计人员应该引起足够重视的。本文仅粗略的分析了一般嵌固端的选取，其深度和广度有待于提高，具体问题具体分析，对嵌固端的选取可能需要更深一步的研究和总结。
参考文献
［1］ JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程［S］．
［2］ GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］．
［3］ 吴汉福，戴国莹，袁文章．上部结构嵌固部位的处理［J］．
