高层建筑结构嵌固端的分析与研究

牛 肖

(北京华银建筑设计研究院有限公司 北京 100071)

一、引言

随着城市建设的蓬勃发展，带地下室的高层建筑越来越多，如何选择嵌固端成为一个难题。一般情况下，取地下室顶板作为嵌固端的情况比较普遍，以地下室顶板作为上部结构的嵌固端，则地下室顶板结构形式、顶板厚度、开洞情况以及刚度比等均需满足一定的要求[1]。当建筑结构比较复杂，不满足上述要求时，就要把嵌固端的位置下移，直到满足刚度比，并对几种不同嵌固部位的情况进行包络设计，取最不利设计值，使得到的计算结果更全面，更保守，更能反映工程当中存在的实际问题。

二、地下室顶板作为嵌固端的分析与研究

(一)地下室顶板作为嵌固端的条件及其计算

《高规》第5.3.7条规定: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。计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，“相关部位”一般指地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。《高规》明确指出，楼层侧向刚度比按下式计算：

(1)

Ai=Aw,i+∑jCi,jAci,j

(2)

(3)

式中：C1、C2—分别为地下一层和首层(即地上一层)的混凝土剪变模量；

A1、A2—分别为地下一层和首层的折算抗剪截面面积，按上式(2)计算；

Aw,i—第i层全部剪力墙在计算方向(注意剪力墙计算的方向性)的有效截面面积(不包括翼缘面积)；

Aci,j—第i层第j根柱的截面面积；

hi—第i层的层高；

hci,j—第i层第j根柱沿计算方向的截面高度；

Ci,j—第i层第j根柱截面面积折算系数，当计算值大于1时取1。

(二)地下室顶板作为嵌固端需注意的问题

地下室是上部结构在地基内的延续，既可为上部结构提供可靠的嵌固，又将上部结构与地下室连接成有机的整体，有效地降低了建筑物的重心，增加了上部结构的稳定性，增强了结构的抗震能力[2]。对于带有地下室的建筑结构，结构上部楼层的构件应该尽量竖向连续，嵌固部位楼板要做到足够强，从而有效传递上部结构的水平剪力。上部结构与地下室具有共同的位移场，相互协调变形，同时地下室外的回填土对结构也具有一定的约束作用。这种约束作用主要表现在对地下室水平位移的约束，而对竖向位移和竖向转动的约束作用十分有限，一般可以忽略不计[3]。《筏基规范》将“地下室的四周外墙与填土紧密接触”作为判定上部结构嵌固部位的重要因素，地下室四周回填土对地下室侧向刚度的贡献一般是地下室结构自身刚度的3倍以上，在实际工程中，要注意地下回填土的质量。因此在建筑结构分析与设计中，上部结构、地下室、基础和地基应作为一个整体统一考虑。

三、复杂上部结构嵌固端的分析与研究

在实际工程中，上部结构的嵌固端的确定往往比较复杂，如：当主楼地下室顶板与裙房或纯地下室顶板标高错位时；当地下一层与首层的刚度比不满足要求时；当地下室顶板开大洞，完整性不满足要求时，结构的嵌固端的确定比较困难，建议应采用包络设计方法，进行不同嵌固部位的多模型比较计算，取不利值设计，几种情况见下图a,b,c。

图a图b图c

图a是将地下室顶板作为上部结构的嵌固端计算，主要是用于结构整体计算指标的把握；图b是将上部结构的嵌固端确定在地下一层地面；图c是将上部结构嵌固端确定在基础顶面。

在对高层建筑进行结构分析计算时，不同的嵌固端位置将直接影响整个结构体系的自振周期、地下室抗震等级、水平荷载下的侧向位移及地震作用分配和内力控制载面的变化，各杆件的内力包络图也将不同，这直接导致不同的配筋结果，对整个建筑结构的安全产生很大影响。因此有必要对几种情况进行包络计算，使得到的计算结果更全面，更保守，更能反映工程当中存在的实际问题[4-5]。

四、结论

1.一般情况下，当地下室顶板结构形式、顶板厚度、开洞情况以及刚度比等均需满足一定的要求时，尽量将地下室顶板作为嵌固端，这样结构受力合理，加强部位明确，地下室结构的加强范围高度较小，是最为经济的选择。

2.建筑结构分析与设计中，结构上部楼层的构件应该尽量竖向连续，嵌固部位楼板要做到足够强，从而有效传递上部结构的水平剪力；同时也要考虑地下室外回填土对结构的约束作用，使上部结构、地下室、基础和地基形成一个整体。

3.当结构比较复杂，嵌固端确定比较困难时，应进行不同嵌固部位的多模型比较计算，采用包络设计方法，取最不利值设计，使得到的计算结果更全面，更保守，更能反映工程当中存在的实际问题。