多层地下室结构嵌固端的选择

关于高层建筑结构两层地下室嵌固端选取的探讨摘要：高层建筑结构嵌固端的选取对结构计算有一定的影响，本文通过一个工程实例论证了其对结构内力配筋的影响情况，提供了一种如何确定结构嵌固部位的方式，并为以后结构设计人员类似工程的设计提供了一定的参考价值。

关键词：高层建筑；刚度比；嵌固端；PKPM软件1．前言高层建筑在进行结构分析之前必须首先确定结构嵌固端的所在位置，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况，如不设地下室但基础埋深较大，从设计的角度讲不经济；有地下室但层数或多或少，且基础形式各种各样；另外，高层建筑结构计算软件的计算模型对嵌固端的选取也是在假设的基础上，针对上述诸方面的考虑，因此，正确选取结构嵌固端显得尤为重要，它不仅关系到结构计算中某些构件内力分配的准确性，而且还影响结构产生侧移的真实性和局部结构的经济性。

2．地下室顶板作为高层建筑上部结构嵌固端的条件及技术措施根据《高规》第5.3.7条及《抗规》6.1.14规定：高层建筑结构计算中,当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,地下室的楼层侧向刚度不应小于相邻结构楼层侧向刚度的2倍。

规范要求,地下室的侧向刚度不应小于相应塔楼侧向刚度的2倍,但实际上地下室的侧向刚度与塔楼的侧向刚度是不连续的至少很大部分是不连续的,这主要体现在以下几个方面：1)地下室往往比塔楼平面大,抗侧力构件数量增多；2)地下室往往有较厚的侧壁和地下水池、人防墙体等混凝土墙,从而大大增加了地下室的侧向刚度,但这些构件与上部结构是不连续的,分布也是不均匀的。

当然如果地下室与基础设计成箱形基础时,刚度的均匀性要好得多。

因此,地下室作为上部结构的嵌固部位往往是有条件的或者说是一种弹性的，这个条件就是地下室与上部结构之间必须有良好的侧向力传递。

基于这个条件,地下室的嵌固作用就与带转换层的结构非常类似了。

1)结构竖向构件的连续性,上部的框架柱、抗震墙都尽量能落在地下室,在有必要的情况下能尽量的加强；2)楼板的作用,如加厚板厚,加大楼板混凝土强度等级,以及加大楼板的配筋率。

带地下室高层建筑嵌固端的选择与分析带地下室高层建筑嵌固端的选择与分析作者：王海强摘要：相同条件下的高层建筑，有地下室的震害相对小，地下室层数多的比层数少的震害轻，而高层建筑嵌固在地下室顶板最经济合理；对于某些工程，因建筑空间要求及一些客观原因，造成地下室顶板刚度等不满足嵌固规定，无法作为上部结构的嵌固部位，只能将嵌固部位下移，由此提高工程的造价。

关键词：嵌固，地下室顶板，侧向刚度一．地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时：《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95中对地下室定义为房间地平面低于室外地平面的高度超过该房间净高一半者。

而在张维斌的《多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例》中，其认为带地下室的高层建筑，宜将上部结构的嵌固端部位设在地下室顶板，此时地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3。

《高规》对嵌固端的要求是嵌固层与首层的侧向刚度比不宜小于2。

《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》JGJ6-2011(以下简称《箱筏规范》)规定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，地下一层的侧向刚度大于或等于首层侧向刚度的1.5倍时，地下一层顶板可作为结构的嵌固层。

按照嵌固要求的解释，地下室顶板是否满足嵌固条件的主要在于能否保证上部结构在地上一层墙、柱下端形成有效的塑性铰，以保证上部结构的地震作用或者风荷载能够通过基础或者地下室传递到地基中去。

因此，笔者认为地下室顶板作为上部结构的嵌固部位应满足下列要求：1)地下室周围均有土的良好约束。

2)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，一般应小于地下一层层高的1/3。

3) 地下一层与首层侧向刚度比不宜小于2。

注：按照《箱筏规范》筏形和箱形基础的嵌固要求是地下一层与首层的侧向刚度比≥1.5（部分单位不认可，按此要求时应与施工图审查单位沟通）。

《抗规》中又对地下室顶板作为上部结构的嵌固部位做出如下要求：1)地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围（一般可从地上结构{主楼、有裙房时含裙房}周边外延不大于20m）以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

嵌固部位，不是施工人员可以判定的，如(03G101-1)(现浇混凝土框架、剪力墙、框架-剪力墙、框支剪力墙结构)所示，由具体设计给定，为什么？请看规范规定：5.1.3 高层建筑的地下室采用箱形或筏形基础，且地下室四周回填土为分层夯实时，上部结构的嵌固部位可按下列原则确定：5.1.3.1 单层地下室为箱基，上部结构为框架、剪力墙或框剪结构时，上部结构的嵌固部位可取箱基的顶部（图5.1.3ａ）；5.1.3.2 采用箱基的多层地下室及采用筏基的地下室，对于上部结构为框架、剪力墙或框剪结构的多层地下室，当地下室的层间侧移刚度大于等于上部结构层间侧移刚度的1.5倍时，地下一层结构顶部可作为上部结构的嵌固部位（图5.1.3ｂ、ｃ），否则认为上部结构嵌固在箱基或筏基的顶部。

上部结构为框架或框剪结构，其地下室墙的间距尚应符合表5.1.3的要求；5.1.3.3 对于上部结构为框筒或筒中筒结构的地下室，当地下一层结构顶板整体性较好，平面刚度较大且无大洞口，地下室的外墙能承受上部结构通过地下一层顶板传来的水平力或地震作用时，地下一层结构顶部可作为上部结构的嵌固部位（图5.1.3ｂ、ｃ）。

5.1.4 当考虑上部结构嵌固在箱形基础的顶板上或地下一层结构顶部时，箱基或地下一层结构顶板除满足正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力要求外，其厚度尚不应小于200ｍｍ。

对框筒或筒中筒结构，箱基或地下一层结构顶板与外墙连接处的截面，尚应符合下列条件（图5.1.4）：非抗震设计Ｖf≤０．１２５ｆcｂfｔf （5.1.4-1）抗震设计ＶE，f≤(１/γＲE)（０．１ｆcｂfｔf）（5.1.4-2）式中ｆc——混凝土轴心受压强度设计值；ｂc——沿水平力或地震力方向与外墙连接的箱基或地下一层结构顶板的宽度；ｔf——箱基或地下一层结构顶板的厚度；Ｖf——上部结构传来的计算截面处的水平剪力设计值；ＶE，f——地震效应组合时，上部结构传来的计算截面处的水平地震剪力设计值；γＲE——承载力抗震调整系数，取0.85。

高层建筑（带地下室）嵌固端的选取
高层建筑(带地下室)嵌固端的选取
一、单层地下室（地下室为1层）：
地下室顶板不能成为上部结构的嵌固端，但是计算时应考虑地下室和上部结构的共同作用，此时在“地下室”信息条中，可将“回填土对地下室的约束刚度”取为3（可取1~5）
二、多层地下室（地下室大于或等于2层）：
1、首先将地下室和上部结构统一建模，在“地下室信息”条中，将“回填土对地下室的约束刚度”
取为0（不考虑土的约束），选择“剪切刚度”进行计算，然后在WMASS.OUT总信息中看地下一层和地上一层的刚度比（与2进行比较）：如果地下一层刚度/地上一层刚度大于等于2，那么可以满足条件，即地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端，然后第二次将“地下室信息”中输入地下室的层号进行计算，程序会按照实际情况进行内力调整。

2、如果地下一层刚度/地上一层刚度不满足条件，即小于2，那么此时地下室顶板不能作为上部结
构的嵌固端，但是往往在实际情况中，室外土对结构本身有着一定的侧向约束作用，此时可将嵌固端部位取在地下室二层楼板处，即在“地下室信息”中输入“----地下室的层号”(如果地下室为二层，输入—1；地下室为三层，输入—2)。

3、对于地下室为2层的高层建筑，或者多层地下室为大空间的情况，也可以采用保守算法，将嵌
固端取在基础顶面，或者也可以部分考虑地下室与上部结构的共同作用，在“地下室信息”中“回填土对地下室的约束刚度比”选项中填入1~5，通常情况下取为3，表示嵌固程度为70~80%；
如果填入5，则表示完全嵌固。

2020.14科学技术创新结构嵌固端的选取及设计建议马建（安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽合肥230000）结构嵌固端的确定是结构分析计算的前提条件，而嵌固端的选取涉及到各种不同情况，有无地下室，基础形式，基础埋深，结构布置等因素。

正确的选取结构的嵌固端是结构模型计算中一个非常关键的假定，他不仅影响结构的侧向刚度，还关系到结构的内力分布及各项设计指标的真实性，对建筑物的建造成本有一定的影响。

因而在此对结构嵌固端的问题作一些探讨。

1嵌固端的定义结构的嵌固端顾名思义就是结构构件在此部位固定不动的。

除了能承受弯矩、轴力、剪力外，在水平方向和竖直方向位移均为零。

按抗震概念设计就是在地震作用下结构竖向构件预期塑性出现的部位。

这就要求嵌固端在平面内有足够连续的刚度，在理论上能限制结构竖向构件在两个水平方向的平动位移，以有效传递地震基地剪力。

同时要求嵌固端在平面外有足够刚度，从而在理论上能限制结构竖向构件的绕竖轴的转角位移。

2嵌固端的类型嵌固端分为无地下室的和有地下室两种情况，其中无地下室又分两种情况：基础埋深较浅以基础（承台）面作为结构嵌固端和基础埋深较深以刚性地坪作为结构的嵌固端。

有地下室的嵌固端也分为两种：地下室顶作为嵌固端和基础顶作为嵌固端。

3无地下室嵌固端的条件以基础（承台）面作为结构嵌固端就是利用基础的“无限”刚度概念。

同时在基础纵横方向设置刚度较大的基础梁加以相连，从而保证柱根之间有足够刚度不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩，达到嵌固端的假定。

一般首层高度从基础顶面算起。

以刚性地坪作为结构的嵌固端，一般基础（承台）面标高与首层楼面标高有一定的距离，不设基础拉梁或基础拉梁在地坪位置，因其刚度过小，而达不到嵌固端的要求，应在地面标高处设刚性地坪来作为结构的嵌固端。

4有地下室嵌固端的条件地下室顶作为嵌固端需要满足两个条件：（1）地下室应为完整的地下室，即地下室四面围土，如三面围土，是不满足条件的；结构地下室顶板标高不能比室外结构顶板标高相差太大，一般不应大于地下室一层层高的三分之一；地下室顶板应避免开设大洞，并应在地上结构相关范围的顶板采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm ，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个为向的配筋率不宜小于0.25%。

地下室总结一、嵌固端选取根据不同的结构形式,地质情况,嵌固端的选取主要有：1、一般情况下以地下室顶板作为嵌固端,需要满足：抗规：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倍；高规：结构底部嵌固层,侧向刚度比不宜小于；高规：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当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时,嵌固端下移,满足高规条,此时地下室顶板仍宜按嵌固部位要求设计,楼板厚度不宜小于150mm;2、单层地下室的多高层建筑,采用天然地基、桩-筏基础时,通常采用基础底板作为嵌固端,充分发挥底板的无线刚度；3、只有地下室才具备对上部结构嵌固的基本条件;上部其他楼层,即便满足刚度比要求也不能成为其上部结构的嵌固端,只能作为刚度突变楼层考虑如大底盘、多塔楼裙房顶4、地下室顶板作为嵌固端时,地下室顶板与室外地面的高差小于地下室层高的1/3,且不大于;注：地下室顶板不能作为上部结构嵌固端部位时,嵌固端下移;此时应考虑地下室实际存在的嵌固作用,对地下室顶板仍宜按嵌固部位楼层要求设计,其楼板厚度不宜小于160mm; 二、地下室外墙1、地下室外墙计算简化模型地下室外墙工程做法：地下室底板与地下室外墙的连接为固接,楼板与地下室外墙的连接为铰接,沿竖向取1m宽的外墙按单、双多跨来计算地下室外墙的弯矩;实用工具：小虎工具箱、理正注：1当地下室顶板与墙身厚度接近时,可采用两端固接计算简图计算；2地下室外墙相连的柱或墙刚度较大,且外墙板长高比小于2时,可按双向板设计；3建筑尽量不要用重力式挡土墙;2、参数选取1土质情况：根据实际选取,粘性土：18KN/m3；水容重：m32主动土侧压力系数：一般取；可根据地勘报告计算K0=1-sinφφ为土的有效内摩擦角3外墙尺寸：一层地下室：250-400mm；二层地下室：400-500；4混凝土强度：一般为C25-C353、配筋要求竖向和水平分布钢筋应双层双向布置,间距不宜大于150mm,配筋率不宜小于%高规三、地下室底板设计标准规定：地下室底板结构体系应由设计单位提供两个或以上方案综合比选,初步设计时可按下列原则选用：A、当建筑场地、地下水位、地下室底板标高和室外地坪标高等因素和条件适当时,地下室可不设结构底板,室内仅设置建筑地面;不设地下室结构底板的建筑,应采取设置地下盲沟管等有效的排水措施,确保地下室室内的正常使用;B、设置地下室底板时,在仅考虑地下水浮力的情况下,当水头小于时,地下室底板优先选用板式结构体系；当水头大于时,地下室底板优先选用梁板结构体系;1、整体抗浮底板设计1计算公式地基基础规范：G k/G G,G≥G G；G G一般取注：1G k为建筑物自重及压重之和,不包括活荷载和后砌隔墙荷载；结构自重应取材料容重较小值；2水头高度的计算,无论抗浮的设计水位的标高是否高于地下室顶板,计算时最高取至地下室顶板标高3地下室顶板的覆土容重,位于地下室水位以下,取浮容重,位于地下水位以上根据压实程度取16-18;2处理方式1对非岩石地基如粉质粘土、粉土、中粗砂等易开挖的地基,首选地下室底板压重方案；造价低2对岩石地基等开挖难度较大的地基,优选地下室顶板压重的方案多层地下室同理;造价高2、局部抗浮底板设计1计算方法1荷载确定：浮力-底板及其上部恒载其中,浮力的分项系数取；自重分项系数取2防水板采用防水板形式,厚度约250-400mm,防水板不考虑地基沉降对板变形的影响,仅承受水浮力以及上部的荷载;设计方法：可在盈建科软件进行防水板的设计;3筏板如果采用筏基,筏板需要进行抗浮设计,满足承载力等要求外,还需满足抗浮要求;四、地下室顶板1、顶板选型1若地下室顶板作为结构嵌固端：一般上部有塔楼1作为上不结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30高规；2普通地下室顶板厚度不宜小于160mm；作为上部嵌固端部位的地下室楼层的顶板应采用梁板结构,楼板厚度不宜小于180mm,应采用双层双向配筋,且每层每个方向的配筋率不宜小于%；高规3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；高规4地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点设计要求高规5地下室与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应小于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积;2地下室顶板不作为结构嵌固端：上部没有塔楼顶板覆土厚度一般控制在～,局部可堆高至～,堆高点宜选在柱上并向四周放坡,顶板荷载应按景观要求分块计算;当堆高面积过大时,可采用地垄墙形式降低荷载；2、顶板荷载选取恒载主要是覆土厚度,按实际情况,覆土容重按实际18KN/m3正常使用活荷载m2考虑景观,一般可以取m2,如有人防要求,核6级甲类防空地下室人防荷载取m2;消防车道：单向板楼盖板跨不小于2m或双向板楼盖板跨不小于3m：35kN/m2；双向板楼盖板跨不小于6m6m或无梁楼盖柱网不小于6m6m：20KN/m2;折减系数荷载规范楼面梁：第8项对单向板楼盖的次梁和槽形板的纵勒应取,对单向板楼盖的主梁应取,对双向板楼盖的梁应取.墙、柱和基础：第8项的客车吗,对单向板楼盖应取,对双向板楼盖和无梁楼盖应取.注：消防荷载参考附录B进行折减;2、筑博选型对比可行的平面布置方案有：1、单向板方案；2、加腋大板主梁方案；3、井字梁方案；4、无梁楼板方案；5、十字梁方案,具体如下：1单向板方案平面布置及梁、板配筋结果如下：2加腋大板主梁方案平面布置及梁、板配筋结果如下：3井字梁方案平面布置及梁、板配筋结果如下：4十字梁方案平面布置及板配筋结果如下：梁加腋详图同方案一5无梁楼板方案平面布置及梁、板配筋结果如下：根据以上各方案,对其钢筋、混凝土和模型用量进行统计,综合比较如下：采用无梁楼盖方案,如能降低地下室层高米,每平米可以额外节约造价81元;由以上统计可知,无梁楼盖方案在综合造价方面有较大优势,故建议地下室顶板采用无梁楼盖方案;五、无梁楼盖设计1、暗梁：暗梁宽度取柱宽及两侧各倍板厚之和高规2、柱帽：柱托板的长度和厚度应按计算确定,且每方向长度不宜小于板跨度的1/6,其厚度不宜小于板厚度的1/4;7度时宜采用柱托板,8度时应采用有柱托板,此时托板每方向长度尚不宜小于同方向柱截面宽度和4倍板厚之和;3、双向无梁板厚度与长跨之比4、设计要点1无梁楼板的建模：PMCAD虚梁+弹性板6；PMCAD等代扁梁+不需输入弹性板6六、盈建科参数1、地下室信息。

地下室顶板为嵌固端的判别标准（1）地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求（《抗规》 6.1.14）：1.1地下室顶板应避免开设大洞口；地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，相关范围以外的地下室顶板宜采用现浇梁板结构；其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于0.25％。

（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。

（3 ）地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点除应满足抗震计算要求外，尚应符合下列规定之一：3.1)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，且地下一层柱上端和节点左右梁端实配的抗震受弯承载力之和应大于地上一层柱下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。

3.2)地下一层梁刚度较大时，柱截面每侧的纵向钢筋面积应大于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1.1倍；同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10％以上；（4）4.1 地下一层抗震墙墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积，不应少于地上一层对应墙肢端部边缘构件纵向钢筋的截面面积。

4.2.地下室顶板与室外地面的高差小于地下室层高的1/3，且不大于1.0m.4.3若由于地下室大部分顶板标高降低较多、开大洞、地下室顶板标高与室外地坪的高差大于本层层高的1/3或地下1层为车库（墙体较少）等原因，不能满足地下室顶板作为结构嵌固部位的要求时”[重要提示]以上4.2；4.3条地下室顶板与室外地面的高差是否小于地下室层高的1/3是能否作嵌固的标准之一。

楼板开洞没有量化标准（可按开洞面积不大于30%），楼板错层没有量化标准（可按错层面积不大于30%）。

6.1.14条文解释“一般可从地上结构(主楼、有裙房时含裙房)周边外延不大于20m”注意该“相关范围”与6.1.3条抗震等级“相关范围”的区别，后一个“相关范围”据其条文解释是“裙房与主楼相连的相关范围，一般可从主楼周边外延3跨且不小于20m”。

如何确定结构设计嵌固端（值得收藏）如何确定结构设计嵌固端0前⾔建筑结构在进⾏结构分析计算之前必须⾸先确定结构嵌固端的所在位置,⽽嵌固端的选取按照《⾼层建筑混凝⼟结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称“⾼规”）和《建筑抗震设计规范》GB5011-2010（以下简称“抗规”）都要满⾜⼀定的条件,⽐如在地下室顶板嵌固需要满⾜相关范围内地下⼀层构件剪切刚度与上层构件剪切刚度⽐⼤于2,同时地下室顶板还需满⾜⼀定的构造要求,如果地下室顶板达不到嵌固条件,嵌固端下移,下移之后的嵌固端位置⼀般为地下室底板.实际⼯程中也由于各种特殊的情况,⽐如错层、夹层、坡地建筑、⼤底盘多塔结构等导致嵌固部位不太好确定,当然嵌固部位的确定也与是否有地下室、地下室层数的多少及基础形式都均有关系.不同的嵌固端位置会影响结构梁柱构件内⼒的调整、底部加强区的⾼度、梁柱构件配筋放⼤的处理等,对于经济性会产⽣⼀定的影响.本⽂结合规范嵌固端相关要求,对当前设计中存在的⼀些问题进⼀步分析,加深设计师对于结构嵌固相关问题的理解及对提⾼设计师对实际⼯程问题的处理能⼒.1对规范嵌固端的理解嵌固端包含两个层次的含义：1）计算嵌固端（计算模型的嵌固端或⼒学嵌固端,可理解为刚度嵌固端,简单理解被固定的位置）；2）设计嵌固端（预期塑性铰出现的部位或者强度嵌固端）.实际结构设计中,若不存在地下室,结构的嵌固端就是结构最底部,该部位是属于计算嵌固端,构件最底部不发⽣任何的平动和转动变形；若存在地下室,结构的计算嵌固端应该属于地下室的底板,但从规范精神出发,由于地下室⼟体约束作⽤的不确定性及线性地震加速度反应谱曲线属于地⾯反应谱等原因,为了在计算中得到明确的计算模型,规范认为地下室顶板构造满⾜⼀定的条件、地下⼀层相关范围构件剪切刚度与地上⼀层剪切刚度⽐⼤于2时,上部结构剪⼒可以可靠传递给地下室,地下室由于刚度⼤,且有⼟体约束,将产⽣较⼩的变形,仍应将地下室顶板作为上部结构设计的嵌固端,此时的嵌固端可以理解为设计嵌固端,该位置也是在结构设计中预期出现塑性铰的部位.不带地下室的结构,地震作⽤下结构塑性铰⼀般出现在结构最底部；对于带地下室的结构,由于地下室⼟体的约束作⽤,导致地下室顶板下层产⽣刚度突变,地震作⽤下可能使⾼层建筑的塑性铰由基础顶部转移到地下室顶板部以上.震害表明,在地震作⽤下,⼀般塑性铰出现在结构正负0处,但塑性铰也有向地下⼀层延伸的情况,基本未发现地下室底板出现塑性铰的情况.规范中为满⾜地下室顶板嵌固,保证塑性铰更加可靠的出现在地下室顶板以上部位,且保证塑性铰不要下移,对地下室结构的刚度和承载⼒提出了适当的加强措施,通过这样的调整,迫使塑性铰在预期的部位出现.规范中的嵌固端,涉及到结构设计中的强度、刚度及延性,其重点是得到较为准确的计算模型及保证抗震作⽤下的延性.通过确定嵌固端,得到清晰准确的计算模型,进⾏内⼒分析、配筋设计及规范指标判定.2设计中嵌固端位置的确定2.1不带地下室结构嵌固端位置的确定按照上述分析,对不带地下室的结构,结构嵌固端位置是结构最底部,在进⾏内⼒分析与配筋设计时,结构最底部既是⼒学意义的嵌固端也是设计意义的嵌固端,底部节点既不发⽣平动也不发⽣转动变形.2.2带地下室结构嵌固端位置的确定对于带地下室的结构,按照规范要求,应将上部结构与地下室“相关部位”（地上结构外扩不超过三跨的地下室范围）构件⼀起进⾏整体分析,按照⾼规附录E.0.1进⾏剪切刚度⽐的计算,如果地下⼀层“相关部位”构件剪切刚度与上层剪切刚度⽐⼤于2,地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端.如果地下⼀层“相关部位”构件剪切刚度与上层剪切刚度⽐不⼤于2时,地下室顶板⽆法作为上部结构嵌固部位,嵌固端下移,移动的嵌固端位置应该为地下室底板,此时规范设计嵌固端也就是计算嵌固端,不应将中间某层设置为嵌固端所在的楼层.是否能在地下室中间某楼层嵌固,规范并没有给出相关的计算条件,不能直接按照下层⽐上层剪切刚度⽐⼤于2去判定嵌固,还需要考虑下层为地下室这⼀容易被设计师所忽略的隐含重要信息,正如上部结构计算中不能认为某⼀层与上层刚度⽐⼤于2,就将该层位置作为嵌固⼀个道理.规范没有表明在地下室中间楼层位置嵌固的条件,不能盲⽬扩⼤剪切刚度2倍的使⽤范围.因此,如果地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时,应将嵌固端移⾄结构的最底部,即地下室底板.3带地下室结构顶板嵌固相关问题分析3.1上部结构的配筋及指标控制由于⼟体约束的不确定性,应尽量通过调整结构布置,满⾜地下室顶板嵌固的剪切刚度⽐要求,保证地下室顶板作为上部结构的嵌固端.当地下室顶板为上部结构的嵌固部位时,应按取消掉地下室进⾏上部结构的内⼒分析、配筋设计及规范相关控制指标的判定.地下室部分不进⾏地震作⽤的分析,上部结构计算的剪⼒即基底剪⼒通过地下室的顶板直接传递给地下室,在地下⼟体约束作⽤下,上部地震作⽤仅仅传给地下⼀层,不再向下传递.诸如,刚度⽐、刚重⽐、剪重⽐、周期⽐、位移⽐及层间位移⾓指标,也应该是在取消掉地下室的模型上计算得到的,并与规范限值进⾏⽐较.3.2地下室地震作⽤分析按照⾼规3.9.5条的相关要求,地下室顶板作为上部结构嵌固部位时,规范要求地震作⽤下结构的屈服部位发⽣在地上楼层,同时将影响地下⼀层,地⾯以下结构的地震响应由于⼟体作⽤逐渐减⼩,规定地下⼀层抗震等级不降低,地下⼀层以下不要求计算地震作⽤,其抗震构造措施抗震等级逐层降低.规范认为当地下室顶板嵌固以后,按正负0以上结构计算的地震剪⼒,通过满⾜加强措施的地下室顶板传递给全部地下室,并主要由地下⼀层构件承担.3.3地下室⼟体约束的考虑⽤于判断地下室顶板是否嵌固的剪切刚度与⼟体约束⽆关,但⼟体约束影响结构整体计算的刚度及内⼒,进⽽影响配筋.地下室层⼟体约束⼤⼩规范并没有给出具体值,当前设计⼀般都按照弹簧⽅式模拟⼟体作⽤,在SATWE软件中可以通过填写定义地下室,并填写“X、Y⽅向⼟层⽔平抗⼒系数的⽐例系数m值”来反映⼟体的这种约束作⽤.m 值按照《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008（以下简称“桩基规范”）中表5.7.5的灌注桩对应的地基⼟类型去确定,m值越⼤,对应的⼟体对结构整体的约束作⽤越强.如果m值填写为负值,⽐如三层地下室填写m=-3,代表地下两层在X、Y两个⽔平⽅向实现完全的嵌固,地下室不产⽣⽔平位移,但⼟体不会约束转动⽅向位移,地下室会产⽣转动⽅向的转⾓变形.3.4地下室构件配筋的加强措施对地下室顶板嵌固的结构,为保证塑性铰不要出现在地下室,⽽出现在地上楼层,规范要求地下室结构的刚度和承载⼒做适当加强.地下室顶板满⾜梁板体系、最⼩板厚180、混凝⼟标号⼤于C30、最⼩配筋率0.25%等构造要求；地下⼀层梁、柱、墙等构件抗弯承载⼒做了提⾼,要求嵌固端下⼀层柱构件配筋单侧配筋是上层柱单侧配筋的1.1倍,梁构件⽀座部位按组合弯矩乘以1.3进⾏配筋,墙体边缘构件要求本来可设置构造边缘构件的,但要求纵筋⾯积不⼩于上层约束边缘构件纵筋⾯积.同时地下室构件配筋还要满⾜计算要求.4带地下室结构顶板不嵌固相关问题分析4.1地下室顶板不嵌固的内⼒分析与配筋设计抗规6.1.10.3强调了当结构计算嵌固端位于地下⼀层的底板或以下时,底部加强部位宜向下延伸到计算嵌固端.当地下室顶板⽆法作为上部结构的嵌固端时,规范要求嵌固端下移,此时⼀般设计师会直接将地下室和上部结构⼀起建模计算,按照桩基规范填写X、Y⽅向⼟层⽔平抗⼒系数的⽐例系数m值,完成上部与地下室的配筋.在配筋设计阶段嵌固端所在的层号对配筋处理有较⼤影响.如果是⼀层地下室,嵌固端填写1与2计算内⼒及配筋结果完全⼀样,导致很多设计师不⽤为了满⾜顶板嵌固⽽加⼤地下室墙柱构件的截⾯,直接将嵌固端放在地下室底板.对⼀层地下室结构,嵌固端位置不同,虽然计算结果完全⼀致,但不符合规范精神,应尽量通过加⼤地下室相关范围构件截⾯尺⼨,做到在地下室顶板嵌固.带多层地下室结构,假如有4层,顶板若不嵌固,设计师会将嵌固端下移到地下⼀层底板作为嵌固端,此时,地下⼀层底板能否作为嵌固端,需要根据剪切刚度⽐去判断,部分设计师以地下⼆层剪切刚度与地下⼀层剪切刚度⽐是否⼤于2来判断是否嵌固,也有部分设计师以地下⼆层与地上⼀层剪切刚度⽐是否⼤于2判断是否嵌固.这样就有“嵌固端所在层号”为地下室中间某层,2或3或4等多种情况,按照规范若顶板不嵌固,应该只有嵌固端所在层号为1这种情况.在SATWE计算中如果将地下室与上部结构⼀起计算,填写嵌固端所在层号为3,内⼒分析与嵌固端所在层号填写⽆关,配筋设计时,考虑底部加强区下延,约束边缘构件延伸到嵌固端层,相应楼板、梁及柱对应的构造及配筋均做加强处理,柱单侧配筋1.1放⼤⼀直延伸到嵌固端,梁⽀座弯矩1.3放⼤不仅放⼤地下⼀层位置的,也放⼤嵌固端所在层号下⼀层的.当然对于地上结构配筋很多设计师由于把握不准确⼟约束⼤⼩,⽽采取了按照带地下室模型整体计算与不带地下室模型计算,对上部配筋包络设计.4.2地下室顶板不嵌固的结构指标控制由于⼟体约束的不确定性,虽然可以按照桩基规范表5.7.5去填写,但这是⼀个范围,在进⾏结构内⼒分析时,设计师对相同的⼟体约束情况可能赋予不同的m值,这样会导致计算模型由于不同的刚度⽽引起各项指标可能有差别.设计中关注的结构整体指标位移⾓、基底剪⼒、刚重⽐与结构楼层指标层刚度⽐、位移⽐、剪重⽐等这些指标就很难把握.部分设计师可能认为考虑地下室⼟体约束情况,计算的各项指标更准确,但由于⼟体约束的不准确,此结果与规范限值控制需要的计算模型结果是不对等的.因此,即使地下室顶板不嵌固,在进⾏这类结构指标控制的时候,建议还是按照取消掉地下室的模型进⾏控制.5与嵌固端相关细部问题及SATWE软件处理5.1底部加强区的确定及软件处理抗规6.1.10、⾼规7.1.4及对应条⽂说明对结构底部加强区的确定综合可概括如下.如果是地下室顶板嵌固,底部加强区为：max（H/10,顶板算起底部两层,有裙房层数时裙房层数加1,有转换层层数时转换层层数加2）；如果是地下室顶板不嵌固,嵌固端下移,底部加强区下延,此时的H始终从地下室顶板算起.软件在处理规范这条时不完全与规范⼀致,对于H的取值,如果顶板嵌固,从正负0算起,如果嵌固端下移,H⾼度跟着下延.同时由于规范要求嵌固端下⼀层构造边缘构件纵筋⼤于上层约束边缘构件纵筋,软件对于底部加强区按照上述⽅式确定以后还下延⼀层.当然对于底部加强区⾼度也允许设计师进⾏任意楼层指定⼲预,如图1所⽰.图1底部加强区⼈⼯⼲预图5.2地下室顶板嵌固刚度⽐的判断及软件处理地下室顶板是否嵌固时,需判断地下⼀层“相关范围”内楼层剪切刚度与上层的剪切刚度⽐,按照抗规6.1.14.2、⾼规5.3.7及⾼规附录E.0.1可知,该剪切刚度⽐仅与层⾼、竖向构件截⾯尺⼨有关,与⼟体约束⽆关.在使⽤SATWE软件进⾏该项判断时,需要带地下室模型做整体分析,m 值默认即可,因为此值不影响剪切刚度⽐的计算.程序在计算剪切刚度⽐的时候采⽤的是本层刚度与下⼀层的刚度⽐,因此,如果查看地下室顶板能否嵌固,带着地下室计算,查看正负0层剪切刚度⽐RATX与RATY两值是否⼩于0.5来判定.5.3嵌固端抗震等级确定及软件处理按照抗规6.1.3及⾼规3.9.5,地下室顶板嵌固以后,地下⼀层相关范围内抗震等级同上部结构.地下⼀层及以下抗震构造措施抗震等级逐层降低,但不应低于四级,地下室超出上部主楼相关范围且⽆上部结构的部分,其抗震等级可根据具体情况采⽤三级或四级；顶板嵌固以后,地震剪⼒从上部仅传给地下⼀层,不再向下传递,实际上是抗震构造措施抗震等级为三级或四级.在SATWE软件中默认地下室构件抗震等级同上部结构的抗震等级,对嵌固端以下抗震构造措施抗震等级可逐层降低,如图2所⽰.在实际设计中对于地下⼀层及以下需要⼿⼯修改抗震等级及抗震构造措施的抗震等级,如图3所⽰.5.4嵌固端相关结构底部薄弱层判断及软件处理⾼规3.5.2对底部嵌固层是否是薄弱层提出了较⾼的要求,由于底部嵌固层层间位移⾓结果较⼩,规范对其与上⼀层侧向刚度⽐做了150%的要求.此处侧向刚度⽐指的是层剪⼒与层间位移的⽐值,如果有⼟体作⽤,该⽐值与⼟体约束有关.设计中需正确的处理结构模型,正确进⾏⾸层刚度⽐的计算,并进⾏⾸层是否是薄弱层的判定.SATWE软件中为了正确的去判断⾸层是否是薄弱层,需要取消掉地下室去计算⾸层与上层的刚度⽐.程序对于⾼规3.5.2的执⾏仅仅针对结构建模计算的⾸层执⾏刚度⽐150%的较⾼要求.需要注意的是,如果带地下室计算,程序仅对结构地下室最底部按照150%控制刚度⽐,对正负0这⼀层并不会执⾏规范的这条要求.直接查看3.1.6版本软件输出的⾸层的RATX2与RATY2,查看这两个值是否⼤于1.5进⾏薄弱层的判断（注意：2.2及以前版本这个刚度⽐已经考虑1.5的值,直接与1⽐较即可）.5.5嵌固端相关底层剪⼒及倾覆⼒矩计算及软件处理⾼规4.3.12与抗规5.2.5对结构的底部最⼩剪⼒均提出了要求,要进⾏规范这项最⼩剪重⽐的判断,需要准确计算结构底部剪⼒.抗规和⾼规中要求通过计算的框架柱所占的倾覆⼒矩的⽐例确定相应的框剪结构的设计⽅法,倾覆⼒矩的计算是指嵌固端所在层即正负0处的计算结果.SATWE软件为了准确的考虑上部结构的剪⼒及倾覆⼒矩,在上部结构和地下室⼀起共同计算时,考虑地下室回填⼟的刚度贡献,但是有效质量系数的计算程序是不考虑地下室的,仅仅按照上部结构去统计有效质量系数.按照满⾜上部有效质量系数90%下计算的地下室顶板处的基底剪⼒进⾏最⼩剪重⽐调整及倾覆⼒矩的计算,底层倾覆⼒矩是嵌固端所在层的倾覆⼒矩.5.6嵌固端相关转换柱的弯矩放⼤⾼规10.2.11中要求对于⼀、⼆级转换柱的顶上端和下端弯矩组合值分部乘以放⼤系数1.5,1.3.设计师需要注意,按照规范体系,转换柱这条的放⼤需要正确理解嵌固端情况下执⾏,正确定义转换柱.在SATWE程序中需要正确定义转换柱,程序才可以按照规范要求正确放⼤其顶部和底部,需要设计师注意的是,如果带地下室计算,转换柱底部定义到正负0层即可,不要延伸到地下室,否则规范要求的放⼤没有正确执⾏.如果不带地下室,就应该定义转换柱从正负0到转换柱顶.5.7嵌固端相关剪⼒墙轴压⽐、边缘构件判断及软件处理设计师在设计中发现不带地下室计算的剪⼒墙轴压⽐基本符合从底到顶轴压⽐逐渐减⼩,但是带地下室以后,导致剪⼒墙轴压⽐分布与概念判断不太相符,这主要是由于地下室⼟体约束引起的,⼟体约束导致地下⾸层刚度突变,剪⼒墙分担的恒活荷载也变化,进⽽引起轴压⽐在正负0处也会发⽣突变.对于剪⼒墙轴压⽐计算是采⽤重⼒荷载代表值作⽤下的轴⼒,恒活作⽤下的轴⼒与结构刚度有关,与⼟体约束有关.SATWE软件中,程序仅判断嵌固端所在楼层的剪⼒墙轴压⽐是否满⾜可设置构造边缘构件的条件.如果带地下室计算,即使嵌固端以上楼层轴压⽐⼤于表7.2.14的限值,嵌固层轴压⽐⼩于表7.2.14要求,程序仍然会⼀律设置构造边缘构件.在软件中参数设置如图4所⽰.5.8嵌固端相关强柱根调整及软件处理为了提⾼结构安全度,⾼规6.2.2要求对于底层柱弯矩进⾏放⼤（强柱根调整）,以加强底层柱下端的实际受弯承载⼒,推迟塑性铰的出现.此处底层柱弯矩⽅法系数应该仅仅对结构正负0的底层柱进⾏放⼤即可.SATWE软件对地上⼀层、嵌固端和地下室底层的柱底弯矩都做了调整.如果建模计算中地下室参与结构整体分析,不论地下室顶板是否达到嵌固要求与否,地上⼀层天然存在⼀个或强或弱的被嵌固效果.地震灾害分析报告中绝⼤多数⼯程的地上⼀层都属于结构的最薄弱部位,极少见到地下室结构发⽣严重破坏的.为确保⼯程安全,软件按此进⾏控制虽然是保守的,但是必要的.5.9嵌固端相关部位梁、柱、墙配筋放⼤及软件处理按照抗规6.1.14及⾼规12.2.1可知,对于地下室顶板作为上部结构嵌固端时,嵌固端下层的梁端实配抗震受弯承载⼒⼤于地上柱下端实配抗震受弯承载⼒的1.3倍；柱嵌固端下层柱单侧配筋不⼩于地上⼀层柱的1.1倍；墙嵌固端下层边缘构件纵筋⾯积不⼩于地下⼀层对应墙肢边缘构件的纵筋⾯积.SATWE软件对地下⼀层即嵌固端下⼀层柱构件配筋单侧配筋取上层柱单侧配筋的1.1倍与⾃⾝计算的⼤值,柱上下截⾯形式不⼀致时,程序不会⾃动做这个1.1放⼤.地下⼀层梁⽀座部位程序按组合后的弯矩乘以1.3进⾏配筋,未完全按照规范要求进⾏处理,同时这个放⼤也是有条件的,需要梁的两端均有竖向构件相连,并且梁端上部也需要有柱,同时还要满⾜地震作⽤组合,同时满⾜这三个条件,才执⾏端部1.3放⼤.地下⼀层墙体边缘构件要求本来可设置构造边缘构件的,但程序判断该层为底部加强区,认为属于约束边缘构件,在满⾜⾃⾝计算配筋的同时,取纵筋⾯积不⼩于上层约束边缘构件纵筋⾯积,两者取⼤.如果嵌固端不在地下室顶板,则嵌固端下移,如果嵌固端移到结构最底部,⽐如有四层地下室,则地下四层柱配筋均取地上⼀层柱单侧配筋1.1倍与计算的⼤值.对于梁端配筋,不仅地下室顶板梁⽀座部位按组合后的弯矩乘以1.3进⾏配筋,嵌固端所在层梁端⽀座也按照组合弯矩乘以1.3进⾏配筋.由于嵌固端下延,地下室均设置约束边缘构件,且配筋均取⾸层约束边缘构件配筋与⾃⾝计算配筋的⼤值.放⼤处理的理由是,与柱底设计内⼒的放⼤原则设计理念相同,⼀句话概括为：“地下室顶板处总是按照嵌固端设计”.6结束语⾼层建筑结构设计中,由于⼟体的不确定性,结合规范要求,分析了关于内⼒、配筋及指标等各⽅⾯的问题,建议结构的嵌固端尽量设置在地下室顶板,如果⽆法在顶板满⾜下层与上层剪切刚度⽐不⼤于2,嵌固端下移⾄地下室底板.对于⼟体的约束如果输⼊m 值,程序可以按照输⼊的值,体现⼟对结构的约束作⽤.实际设计中,⽆论选择地下室顶板还是结构最底部作为结构嵌固端,程序都通过相应的措施对梁、柱、墙及板配筋做了有针对性的加强,确保塑性铰尽可能出现在结构正负0,避免塑性铰向下延伸.本⽂同时结合设计师常⽤的SATWE设计软件对于嵌固端相关问题的处理及理解进⾏了详细的分析,供设计师在设计中参考.。

地下室总结一、嵌固端选取根据不同的结构形式，地质情况，嵌固端的选取主要有：1、一般情况下以地下室顶板作为嵌固端，需要满足：抗规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；结构底部嵌固层，侧向刚度比不宜小于1.5；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当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时，嵌固端下移，满足高规，此时地下室顶板仍宜按嵌固部位要求设计，楼板厚度不宜小于150mm。

2、单层地下室的多高层建筑，采用天然地基、桩-筏基础时，通常采用基础底板作为嵌固端，充分发挥底板的无线刚度；3、只有地下室才具备对上部结构嵌固的基本条件。

上部其他楼层，即便满足刚度比要求也不能成为其上部结构的嵌固端，只能作为刚度突变楼层考虑（如大底盘、多塔楼裙房顶）4、地下室顶板作为嵌固端时，地下室顶板与室外地面的高差小于地下室层高的1/3，且不大于1.0m。

注：地下室顶板不能作为上部结构嵌固端部位时，嵌固端下移。

此时应考虑地下室实际存在的嵌固作用，对地下室顶板仍宜按嵌固部位楼层要求设计，其楼板厚度不宜小于160mm。

二、地下室外墙1、地下室外墙计算简化模型地下室外墙工程做法：地下室底板与地下室外墙的连接为固接，楼板与地下室外墙的连接为铰接，沿竖向取1m宽的外墙按单、双（多跨）来计算地下室外墙的弯矩。

（实用工具：小虎工具箱、理正）注：1）当地下室顶板与墙身厚度接近时，可采用两端固接计算简图计算；2）地下室外墙相连的柱或墙刚度较大，且外墙板长高比小于2时，可按双向板设计；3）建筑尽量不要用重力式挡土墙。

2、参数选取1）土质情况：根据实际选取，粘性土：18KN/m3；水容重：9.8KN/m32）主动土侧压力系数：一般取0.5；可根据地勘报告计算K0=1-sinφ(φ为土的有效内摩擦角)3）外墙尺寸：一层地下室：250-400mm；二层地下室：400-500；4）混凝土强度：一般为C25-C353、配筋要求竖向和水平分布钢筋应双层双向布置，间距不宜大于150mm，配筋率不宜小于0.3%（高规12.2.5）三、地下室底板设计标准规定：地下室底板结构体系应由设计单位提供两个或以上方案综合比选，初步设计时可按下列原则选用：A、当建筑场地、地下水位、地下室底板标高和室外地坪标高等因素和条件适当时，地下室可不设结构底板，室内仅设置建筑地面。

浅谈高层建筑结构嵌固端的选取******************山东淄博 255000摘要：高层建筑结构嵌固端的选取对计算结果的准确性有非常大的影响，因此正确选取结构嵌固端是结构设计中非常重要的一个环节。

其中如何选取嵌固端才能有效地保证结构安全又能有效地降低经济成本，是每个结构设计人员所面临的主要问题之一。

文中浅谈一下高层结构嵌固端的选取。

关键词：嵌固端；地下室顶板；刚度比；选取分析高层建筑一般都带着多层地下室，而在进行结构分析之前必须确定结构的嵌固部位，该嵌固部位的正确选择是高层建筑结构计算模型的一个重要环节，它直接关系到结构计算模型与实际受力状态之间的符合程度，涉及到构件的内力和位移计算。

那么什么是嵌固部位呢?一般的观点是嵌固部位，可以认为就是预期竖向构件塑性铰出现的部位(有些人认为嵌固层应满足刚度的要求，即嵌固层的位置不影响整理结构的周期和位移等，这样的观点对于高层建筑而言实际上非常难满足)。

一、嵌固部位的概念嵌固部位就是预期塑性铰出现的部位，结构下部的嵌固部位应能限制结构上部构件在水平方向的平动位移和转角位移，并将上部结构的剪力全部传递给下部结构，因此对作为主体结构嵌固部位的地下室楼层的整体刚度和承载力应加以控制，并通过对结构刚度和承载力的调整，使塑性铰出现在预定的部位[1]。

二、结构嵌固端的条件高层建筑的结构嵌固端通常是选择在地面标高处，但地面标高处要真正成为结构嵌固端是有条件的，而且在输入首层计算高度时还有许多讲究。

1.设有地下室时的条件1)地下室顶板标高与室外地坪的高差不能太大，极端的情况如半地下室则首层楼面一般不能成为结构嵌固端，除非其高差仅为150mm～450mm高度时才可能考虑。

2)地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖)，且该层楼面不得留有大孔洞，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度。

3)地下室侧壁要有良好的侧限，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。