建筑结构嵌固部位的选取

何晓东

摘要：建筑结构嵌固部位是结构计算模型的一个重要假定，嵌固部位的选择不仅影响到整个结构计算的精确度，还影响到整个建筑结构设计的模型和实际承受荷载的能力。因此在进行建筑结构设计的过程中，正确选取建筑结构的嵌固部位具有重要意义。文章主要分析了建筑结构嵌固部位的选取，以供参考完善。

关键词：建筑结构；嵌固部位；选取要求

嵌固部位作为抗震设计的关键部位，是指与建筑规定相接近的计算基面，因此在实际选取嵌固部位时，需要严格计算嵌固端上下的刚度比，确保上部结构进入到非弹性阶段，嵌固部位能够承载上部结构传递到地基的荷载。在地震的作用下，嵌固部位有足够的整体刚度、强度，使嵌固面上部竖向抗侧力构件在嵌固端出现预定塑性铰的基础面。由此可见，如何正确选取建筑结构的嵌固部位，是结构设计中的重要问题。

1、作为嵌固部位的地下室条件

当地下室顶板满足以下基本条件时，即可确定为建筑上部结构的嵌固部位：（1）地下室作为上部结构嵌固部位时，地下室顶板应避免开设大洞口；应采用现浇梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不小于0.25%；（2）地下室四周必须设有与建筑顶板相连的抗震墙；（3）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；（4）相关范围地下室顶板不宜有错层；（5）地下室顶板梁柱节点应适当加强。

2、嵌固部位选取应考虑可行性

地下室虽然可以作为嵌固部位，但是需考虑地下室顶板是否满足嵌固部位的选取条件[1]。例如某工程是住宅小区中的一栋建筑，3层地下室，-2、-3层是人防层；地上33层，建筑高为96.4m，属于钢筋混凝土剪力墙结构，是平板式筏板基础。地下和大底盘车库连接，抗震设防烈度为7°抗震加速度值为0.15g，地震等级与地震分组均为Ⅱ类。从条件可以看出，嵌固部位需设在三层顶板位置，依据规定要求：当嵌固部位设在-1层以下的底板时，加强部位需延伸到计算嵌固部位，即是作为加强部位，工程的边缘构件属于约束构件，需计算基础筏板与-3层的底板。此外，由于嵌固部位的设计需满足规定要求（加强嵌固部位的顶梁板，嵌固层首层柱下端会成为“弱柱”，发生地震后，嵌固层柱底部会产生形变，出现塑性铰基础面），因此嵌固部位的板厚需大于180mm，每个方向的配筋率大于0.25%，这样结构才能承受建筑主体结构的整体受力。

3、建筑结构嵌固部位的选取要求

3.1设有地下室

将地下室顶板设为结构的嵌固部位，需符合CB50011-2010《建筑抗震设计规范》与JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关规定：结构地上首层的侧向强度不超过地下-1层有关范围侧向强度的0.5倍；在大面积变动土压力与摩擦阻力的侧限下，地下室和地基土形成一个整体，一旦发生地震，可与地层移动同步进行。若地下室结构的刚度与上部结构的刚度相差较大，可设地下室顶板为嵌固部位。如果上部结构嵌固端设在地下室顶板，但是上部塔楼偏置时，会有2个侧面与地下室外墙临近，由于地下室钢筋混凝土外墙侧向强度大，虽然地下室顶板符合上部结构嵌固部位的选取要求；但是上部结构四周的强度和质量中心会处在不平衡状态，极易引起扭转效应，影响到整个结构的稳定性。因此为减小扭转效应，需在上部结构和地下室内，适当增加剪力墙。

3.2不设地下室

对于建筑不设地下室，大部分是建筑主体结构具有良好的基础持力层，或者是建筑楼层较低。并且建筑无地下室时，嵌固部位相当于基础面（称结构的底部），如果埋深较浅，需设基础顶板为嵌固部位。相反，基础埋深较深，属于多层剪力墙与砌体结构，加上内部设有厚为200~300mm的混凝土刚性地面时，这时设计师需在以室外地面500mm位置做嵌固部位，然后依据GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》有关规定，设计高杯口基础作为嵌固端[2]。

3.3确定嵌固部位时，需注意的事项

（1）投影面积比例

选取地下室顶板做嵌固部位时，建筑楼层的投影面积比例会影响到整个地下室顶板中嵌固部位的效果。具体体现为：当投影面积比例为1时，如果地下室顶板满足嵌固部位的选取条件，即可将其设为嵌固部位。但是由于投影面积比例为1，导致地下室侧限与上部楼层间距相差较大，楼层发生的侧向位移会影响到地下室顶板，导致地下室变形。因此在实际设计嵌固部位时，必须严格控制投影面积比例，详细计算上部结构的侧移，并依据有关规定对结构进行处理。

（2）首层楼面的活荷载

对于地下室顶板作为嵌固面，一般活荷载不大，即使作为商业用途，其活荷载也仅为3.5kN/m2，但是考虑到施工过程中，顶板需堆放水泥、砌块、搭建脚手架、钢筋制作，做载重汽车的行驶停放场，从而产生施工荷载，影响到正常使用，因此对于顶板梁板构件的活荷载，取值4.0~10.0kN/m2往往是必要的。

（3）基础埋深

确定建筑的嵌固部位后，必然涉及建筑的基础埋深。因此为了明确建筑的埋深深度，保证结构整体的稳定性，以减小地震的反应，需结合建筑物的高度、体型、地质土质以及抗震设防等因素，详细计算室外地坪到基础地面的埋深，确保符合规定要求。

3.4实例

某建筑工程总共4栋，分别为1、2、3、4单元，均为27层，地下2层，建筑总高度为78.6m，每层标高为2.9m。采用连通走道相连的方式连接普通地下室和人防地下室，其他部位无设缝。抗震设防烈度为6°（0.05g），场地类别为3类，是剪力墙结构。从上述情况可知，对于工程嵌固部位的选取方面，要想提高整体质量，满足规定要求，需做好以下工作：（1）1单元。由于地下室四周回填土的约束作用，加上1单元本身的地下室属于完整整体，无伸缩缝；在地下室板顶中，设缝断开上部结构，左右镜像对称。加上该单元属于双塔，规模小，因此设计师选取基础顶面位置做嵌固部位，这样不仅不需要增加剪力墙与截面积厚度，也无需增强混凝土强度等级，即可确保地下室顶板的承载能力。（2）2~4单元。由于建筑主体结构的功能要求，室外地面需要填厚为1.2~1.5m的土体，如果将主体结构外的地下室顶板标高降低1.5~1.8m；而实际降低的标高为0.3m，那么二者标高差距明显，极易形成错层。加上上部结构为5个塔楼，塔楼较少，若依据1单元的设计思路，使用包络设计的方式，将工程的嵌固部位选在基础顶面，形成大底盘地下室多塔楼结构，必须结合各塔楼的层数、平面与刚度因素，对塔楼底盘进行对称布置，确保底盘结构的质心和塔楼质心的间距效益底盘边长的20%。此外，在设计时，还需依据当地抗震审查的有关要求：建筑内的地下室顶板面标高和外部的地下室顶板面标高差不宜大于1m，将建筑塔楼范围内的地下室顶板面标高降低0.7m，与外部的地下室顶板面标高差为0.9m，然后使用轻质混凝土回填。此外，为了有效解决错层的问题，还需依据建筑物抗震构造图，通过顶板加腋的方式，加强地下室顶板构造，将嵌固部位板厚控制在180mm内、双层双向配筋率为0.25%，从而有效传递水平力[3]。

结束语

综上所述，在进行建筑主体结构设计的过程中，不管是选择哪个结构部位作为嵌固部位，都可通过结构计算程序来获得相应的计算结果。但是为了提高计算结果的准确度，反映嵌固部位的真实情况，还需考虑投影面积比例、基础埋深以及首层楼面的活荷载等影响因素，结合选取嵌固部位的条件与建筑是否有地下室，正确有效地选取适当的嵌固部位，并在设计过程中保证其成为真正的嵌固端，这是结构设计人员不能忽视的重要问题。

参考文献：

[1]赵敬敏，齐小龙.高层建筑结构嵌固部位的选取及相关要求[J].中国科技投资，2016，（16）：95-95.

[2]吴汉福，戴国莹，袁文章，等.上部结构嵌固部位的处理[J].建筑结构，2013（3）：122-124.

[3]蒋峰，周筱洁.高层建筑结构嵌固部位的选取浅析[J].工程质量，2016，34（3）：62-65.