设计心得007-嵌固端知多少

本期推荐讲师

作者 | 秋刀鱼

国家一级注册结构工程师，结构工程硕士、常年在甲级设计院从事结构设计工作。

擅长砖混结构、混凝土框架结构、混凝土剪力墙结构、无梁楼盖、人防结构设计。

本文来源于其微信公众号“秋刀鱼塘”

【秋刀鱼塘】设计心得第七期

结构设计相关知识分享的一汪小水塘

问题阐述

每次进行结构计算的时候，总会遇到嵌固端所在层的问题。是选在放在基础顶面还是地下室顶面？相信很多同学都在受到他的困扰。那么本文就来探讨一下，如何选择嵌固端。

问题分析

note1

什么是嵌固端？嵌固端可以看做是上部结构的一个固定支座，地震计算时，端部下方跟随地面移动，与端部上方产生相对位移。

从纯力学的角度上看，嵌固端是一个点或者一条线。

而从工程角度看，嵌固端通常有几种解释：

一种是“绝对嵌固模型”，即嵌固端完全约束了水平、竖向以及转角位移，使其均为0。

一种是“一般嵌固模型”，即嵌固端水平、竖向位移完全约束，而转角位移不为0，带地下室且地下室顶面嵌固的模型就属于这一类。

还有一种是“按地下室刚度计算的嵌固模型”，就是将绝对嵌固端取在基础顶面，地下室按实际刚度并考虑土体对地下室刚度的影响。

note2

嵌固端的本质结构的嵌固问题，本质上应该是嵌固端上下层的侧向刚度比问题。

note3

嵌固端的相关条文对上部结构嵌固端刚度比的计算要求，各规范的规定不完全相同，楼层侧向刚度比的计算方法、使用范围不同。

《抗规》：6.1.14-2，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。

《高规》：5.3.7，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。而侧向刚度比的定义，本条的条文说明明确指出：按附录E.0.1条中公式计算。

《地基规范》8.4.25 ，采用筏形基础带地下室的高层和低层建筑、地下室四周外墙与土层紧密接触且土层为非松散填土、松散粉细砂土、软塑流塑黏性土，上部结构为框架、框剪或框架-核心筒结构，当地下一层结构顶板作为上部结构嵌固部位时，应符合下列规定：

地下一层的结构侧向刚度大于或等于与其相连的上部结构底层楼层侧向刚度的1.5倍。

当地下室内、外墙与主体结构墙体之间的距离符合表8.4.25的要求时,该范围内的地下室内、外墙可计入地下一层的结构侧向刚度，但此范围内的侧向刚度不能重叠使用于相邻建筑。当不符合上述要求时，建筑物的嵌固部位可设在筏形基础的顶面，此时宜考虑基侧土和基底土对地下室的抗力。《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》6.1.3 当地下室的四周外墙与土层紧密接触时，上部结构的嵌固部位按下列规定确定：

1 上部结构为剪力墙结构，地下室为单层或多层箱形基础地下室，地下一层结构顶板可作为上部结构的嵌固部位。

2 上部结构为框架、框架—剪力墙或框架—核心筒结构时：

1)地下室为单层箱形基础，箱形基础的顶板可作为上部结构的嵌固部位。

2)对采用筏形基础的单层或多层地下室以及采用箱形基础的多层地下室，当地下一层的结构侧向刚度KB大于或等于与其相连的上部结构底层楼层侧向刚度KF 的1.5倍时，地下一层结构顶板可作为的结构上部结构的嵌固部位。

3)对大底盘整体筏形基础，当地下室内、外墙与主体结构墙体之间的距离符合表6.1.3要求时，地下一层的结构侧向刚度可计入该范围内的地下室内、外墙刚度，但此范围内的侧向刚度不能重复使用于相邻塔楼，当KB小于1.5KF时，建筑物的嵌固部位可设在筏形基础或箱形基础的顶部...目前，使用程度最高的，是高规的规定，但“侧向刚度比不宜小于2”在实际工程中已经演变为“不应小于2”的强制条文，过多地强调地下一层对上部结构首层的刚度比，导致为增加地下一层侧向刚度比而设置了许多无根悬墙（仅地下一层设置的墙，以下各层不设置），这既与规范的条文初衷相悖，也增加了建设成本，造成资源的浪费。note4嵌固端位置的选择首先有一点共识：嵌固部位在地下室顶面是最合理最经济的选择。

地下室顶板通常具备满足嵌固部委要求的基本条件（地下室结构自身及回填土约束的总侧向刚度一般不会小于上部结构的3倍），一般情况下，应尽量将上部结构的嵌固部位选择在地下室顶面。

根据《抗规》6.1.10-3条，当结构计算嵌固端位于地下一层的底板或以下是，底部加强部位尚宜向下延伸到计算嵌固端，也就是说，嵌固端部位越降低，总加强范围越大，因而结构的费用越高。

只有地下室才具备对上部结构千古的基本条件，上部其他楼层（如裙房顶等处），即便满足刚度比要求，也不能成为嵌固端，只能作为对结构抗震不利的刚度突变楼层考虑。精地下室顶板作为嵌固端时

厚度不宜小于180mm；

高层建筑的地下室顶板及裙房地下室与主楼相关范围的地下室顶板应采用梁板结构。现在流行在地下室顶面采用无梁楼盖结构，但是无梁楼盖的平面外刚度较普通梁板结构小很多，在竖向荷载作用下会产生较大的面外变形，地震作用时，地下室顶板作为上部结构的嵌固端将承受很大的水平地震剪力，加剧了无良板的面外变形，对传递水平地震剪力和协调结构变形不利。

《抗规》6.1.14-3条规定，“地下一层柱截面每侧纵向钢筋不应小于地上一层柱对应纵向钢筋的1.1倍”。在加大配筋时，应将地下室增加的纵向钢筋在地下室顶层梁板内弯折锚固，避免同时对一层柱底界面实际受弯承载力的加大。而在实际绘图时，通常直接将上部结构柱根配筋放大1.1倍作为地下一层和其上一层的框架柱配筋。这种做法与规范的初衷正好相反，更加剧了地下室顶层框架柱及框架梁的负担，使塑性铰不再出现在上柱底部。地下室顶板不作为嵌固端时依次验算地下二层及以下各层对首层的侧向刚度比，满足2倍关系时，便可确定嵌固端位置。

无论地下顶板是否作为上部结构的嵌固端，均应该考虑地下室顶板处实际存在嵌固作用，取不同嵌固部位分别计算，包络设计。

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