1、高层建筑结构中关于上部结构嵌固部位的选取和设计建议摘 要：文章阐述了高层建筑结构嵌固部位的基本概念，并以2010版新规范抗规及高规的要求及基本思想为出发点，介绍了在运用结构计算软件进行电算分析时，如何确定高层建筑上部结构嵌固部位的一些处理办法，尤其在地下室顶板作为上部结构嵌固部位的问题上进行深入探讨，最后对与之相关的主要技术措施及实际工程应用作出一些设计建议。 关键词：高层建筑结构；上部结构嵌固部位；设计建议带地下室的高层建筑结构，在运用计算软件进行电算分析时，如何根据电算分析的结果合理地确定上部结构的嵌固部位，是高层建筑结构设计中计算模型参数确定的一个重要的环节，它关系到结构计算模型与结构实2、际受力状态的吻合程度，进而影响结构构件的强度、变形以及结构整体稳定性的计算结果。那嵌固部位是指什么呢？这里先来认清一些基本概念，嵌固部位是预期塑性铰出现的部位，和剪力墙底部加强部位以及柱根加密区，都属于同样的概念。值得注意的是，规范中的“嵌固部位”，跟“嵌固端”是两个不同的力学概念，不能混为一谈。嵌固端约束构件的所有自由度，对于建筑结构一般只能取在基础顶面处。而嵌固部位仅假设该处的水平位移为零，但不约束构件的转动自由度。这也是对于带地下室的高层建筑结构为什么嵌固部位可以设定在基础顶面，也可以设定在地下室顶板的道理。搞清楚嵌固部位的基本概念之后，下面就实际工程设计中，以带单层地下室的高层建筑结构3、为例，关于上部结构嵌固部位的电算分析、选取以及涉及的一些重要的技术措施进行探讨。1 判断嵌固部位时刚度比的算法根据2010版新规范抗规6.1.14条和高规5.3.7条的要求及基本思想，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层与首层的侧向刚度比不宜小于2。其中计算地下一层的侧向刚度时，抗规及高规均明确表示可以考虑地上结构以外的地下室相关范围的结构，“相关范围”从地上结构（主楼、有裙房时含裙房）周边外扩三跨且不大于20米的地下室范围。关于上述侧向刚度比的算法，在业界内却存在一些争议，具体说法有以下几种：1）高规5.3.7条文说明明确了可以采用附录E.0.1的剪切刚度算法，但未明确是否应计入回填4、土的约束影响；2）08版SATWE补充用户手册中说明应采用剪切刚度算法，且不计入回填土的约束影响；3）朱炳寅写的“对抗规第6.1.14条规定的理解和设计思考”文中建议，电算分析时，层刚度比采用抗规3.4.3条文说明介绍的层剪力比层间位移算法，而只在手算或初步设计估算时采用高规附录E.0.1的剪切刚度算法，且两种方法计算时均不计入回填土的约束影响。为了搞清楚上述两种侧向刚度比算法的差异，特此查阅了已经出图并通过审图中心审查的高层建筑结构的电算分析结果。结果发现，采用层剪力比层间位移算法得出的刚度比，普遍要比采用剪切刚度算法得出的结果大20%30%左右，即可能出现的情况是：采用剪切刚度算法时，地下5、室顶板可能不满足上部结构嵌固部位的要求，但采用层剪力比层间位移算法时，地下室顶板却可以满足上部结构嵌固部位的要求。综上所述，由于各侧向刚度比算法存在的差异性，以及现行规范的不明确性，因此，实际工程设计中，不应仅采取单一的计算方法及判定条件，而应根据工程的实际情况、边界约束情况等综合考虑，确定一种既安全合理又经济适用的设计方法。2 设计建议前面说到，计算地下一层侧向刚度时，工程界的习惯是不计入回填土的约束影响，这种做法从理论上讲，是一种偏安全的处理方法。而随着各种结构计算软件的不断完善，现在已经可以做到通过引入弹簧刚度这个方法来模拟周边回填土的约束影响了，所以，利用这一方法，适当计入回填土的约束6、影响，使工程设计更趋经济性和合理性，也是势在必行的。实际工程设计中，可以根据工程自身的实际情况，参考以下方法进行设计：2.1 如何确定是否计入回填土的约束影响（1）当拟建工程所在场地的地质较差（室外自然地面以下存在较厚的软弱土层）时，回填土对地下室的约束影响是极其有限的，此时，不应计入回填土的约束影响。（2）当拟建工程地下室较大，回填土所在的位置已超出地上结构以外的地下室“相关范围”时，按2010版高规及抗规相关条文的基本思想，不应计入回填土的约束影响。（3）当拟建工程所在场地的地质很好（室外自然地面以下即为坚实的土层或岩层），且回填土所在的位置在地下室“相关范围”之内，同时地下室周边回填土满7、足高规12.2.6及桩基规范4.2.7的要求，即灌注素混凝土或搅拌流动性水泥土，或采用灰土、级配砂石、压实性较好的素土分层夯实（压实系数0.94）时，在地震和风荷载作用下，地下室周边的外侧土是会分担相当一部分的水平荷载的，此时，应计入回填土的约束影响。2.2 上部结构嵌固部位的选取方法及要点（1）当地下一层与首层的侧向刚度比按剪切刚度算法和层剪力比层间位移算法的结果均小于2时，地下室顶板不应按嵌固部位进行设计，其计算要求及构造均按普通地下室顶板的做法即可。（2）当地下一层与首层的侧向刚度比按剪切刚度算法的结果小于2，但按层剪力比层间位移算法的结果不小于2时，此时，应按包络设计，即取不同的嵌固部8、位（地下一层的地面和地下室顶板）分别验算结构的倾覆、稳定、变形、舒适性及构件配筋，按不利值进行设计。值得注意的是，实际工程设计时，按包络设计会增加不少的工作量，过程较为繁琐，因此，设计中最好通过增加地下一层侧向刚度的方法，尽量让上部结构在地下室顶板处嵌固，这样设计也能得到简化、合理。（3）当地下一层与首层的侧向刚度比按剪切刚度算法和层剪力比层间位移算法的结果均大于2时，应把上部结构嵌固部位设在地下室顶板进行设计，相应的构造要求亦应满足抗规6.1.14的要求。2.3 新规范关于嵌固部位的特别注意事项当按2.1、2.2的方法确定地下室顶板作为上部结构的嵌固部位后，按2010版新抗规6.1.10、69、.1.14条文说明的基本思想，其中有两点值得特别注意的，现归纳如下：（1）剪力墙的底部加强部位应从地下室顶板算起，地下一层及以下可定位非底部加强部位（即剪力墙可仅设置构造边缘构件，箍筋构造要求可放松，但边缘构件的纵筋仍应满足6.1.14第4款的要求）。关于这一条，跟2002版的抗规是有较大区别的（2002版抗规要求：即使地下室顶板作为上部结构嵌固部位，剪力墙底部加强部位亦应向下延伸一层）。其实，当地下室顶板作为上部结构嵌固部位后，地下一层的地震效应及水平位移已比上部结构大大减少，因此，2010版新规范的修订更趋于经济、合理，是规范不断完善的一个体现。（2）关于嵌固部位“强柱弱梁”的规范要求及设10、计体现，值得注意的是，针对新规范修订而更新的国标图集11G101-1在图集中也有了更明确及清晰的设计及施工要求，详见图集第58页图“地下一层增加钢筋在嵌固部位的锚固构造”，设计单位应充分理解规范及图集的这一初衷，必要时，设计单位应在对施工单位的技术交底时特别强调这一构造及施工要求，避免嵌固部位节点因施工跟设计的脱节而使“强柱弱梁”的抗震要求得不到较好的保证。3 结语总之，在实际工程设计中，虽然嵌固部位的问题还有待进一步探讨，业界内也还存在一些争议，但只要根据工程的实际情况出发，选择跟工程自身符合程度较高的设计假定，同时在相关问题的计算要求及构造要求上充分体现规范的基本思想和初衷，那我们的设计也会逐步趋于经济、合理和完善。参考文献1 建筑抗震设计规范（GB50011-2010）M.北京，中国建筑工业出版社，2010.2 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010） M.北京，中国建筑工业出版社，2010.3 朱炳寅.对建筑抗震设计规范第6.1.14条规定的理解和设计思考J.建筑结构?技术通讯，2006（09）.