嵌固端專題

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1、 引言
高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況，如不設地下室但基礎埋深較大；沒有地下室但其層數(shù)或多或少，且基礎形式不同等。根據(jù)以上情況正確選取其結構嵌固端，是高層建筑結構計算模式中的一個重要假定，它不僅關系到結構中某些構件內力分配的準確性，而且還影響結構產(chǎn)生側移的真實性，以及結構局部的經(jīng)濟性，因此有必要對結構嵌固端的選取作進一步探討，并由此引伸出若干相關的技術問題。
2、結構嵌固端的條件
高層建筑的結構嵌固端通常是選擇在地面標高處，但地面標高處要真正成為結構嵌固端是有條件的，而且在輸入首層計算高度時還有許多講究。
2.1 設有地下室時的條件
(1)地下室頂板標高與室外地坪的高差不能太大，極端的情況如半地下室則首層樓面一般不能成為結構嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時才可能考慮；
(2)地下室頂板結構應為梁板體系(即不可設計成元梁樓蓋)，且該層樓面不得留有大孔洞，樓面框架梁的抗彎剛度要足夠大，樓板也要有相當厚度；
(3)地下室側壁要有良好的側限，即必須與“地球”有良好的接壤，上述半地下室頂板不能成為結構嵌固端的原因就是不滿足此條件。
對于上述條件中對首層樓面框架梁的要求，假設滿足《抗震規(guī)范》第6．1．14條“位于地下室的梁柱節(jié)點左右梁端截面實際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實際受彎承載力之和”的要求，對于高層建筑來說，由于首層處的柱截面往往遠大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗彎鋼筋用量，上述要求仍很難滿足。就此要求而言，則只有多層或小高層建筑才有可能以首層頂板作為結構的嵌固端，而真正意義的高層建筑則完全排除了這種可能性。
2.2 不設地下室時的條件
高層建筑不設地下室通常是針對層數(shù)有限的小高層，或其基礎持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不宜提倡的。
(1)不管是采用天然地基基礎或樁基礎，都是以基礎(承臺)面作為結構嵌固端，且必須在該標高處的縱橫方向設置剛度較大的基礎梁加以連結，故首層層高應從基礎面算起；
(2)若基礎(承臺)面標高與首層標高有一定距離而不設基礎梁連結或其剛度過小，則地面標高處應設有剛性地面來作為結構嵌固端，首層層高可從地面層算起。若不設剛性地面，則上部結構無從形成嵌固端，也即結構計算簡圖不成立，設計上顯然是不允許的。
以上列舉的條件無非是說明要成為上部結構的嵌固端，其下部結構必須具有足夠的剛度以保證柱根之間不產(chǎn)生相對位移，且能承受或平衡柱根彎矩。規(guī)范中規(guī)定“當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構嵌固部位時，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的二倍”正是基于這一考慮。
3、與嵌固端相關的技術問題
結構嵌固端的形成或者說上部結構對嵌固端的要求，在工程設計中還可引伸出若干相關的技術問題及其正確的設計方法，以下將分別探討。
(1)單層地下室
當高層建筑僅設單層地下室且底板采用天然地基筏板基礎或樁一筏基礎時，通常選擇基礎底板而非首層作為結構嵌固端，這有利于充分利用其基礎的“無限”剛度，為首層樓面的靈活結構選型創(chuàng)造條件，即使是首層樓面留有大孔洞，或選用無梁樓蓋結構，都不影響結構計算的準確性。此外，規(guī)范規(guī)定地下室負一層的抗震等級與上部結構必須一致，以基礎底板作為嵌固端不會造成地下室結構造價的提高，反而可能取得較好的經(jīng)濟效益。即使單層地下室底板是以樁為基礎的普通梁板結構，一般情況下仍然取底板處為結構嵌固端，唯一例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時，其頂板通常具有作為結構嵌固端的剛度，因此可取其作為上部結構的嵌固端，如圖1所示。