7上部结构嵌固部位的规定
上部结构嵌固部位的规定
• 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；
上部结构嵌固部位的规定
•
国内震害调查表明，唐山地震中绝大多数地面以上的工程均遭受严 重破坏，而地下人防工程基本完好。如新华旅社上部结构为8层组 合框架，8度设防，实际地震烈度为10度。该建筑物的梁、柱和墙 体均遭到严重破坏（未倒塌），而地下室仍然完好。天津属软土区 ，唐山地震波及天津时，该地区的地震烈度为7～8度，震后人防地 下室基本完好，仅人防通道出现裂缝，表明了由于地下室的外墙参 与工作，地下室的侧向刚度一般都大于上部结构相邻层的侧向刚度 以及土层深处的水平地震加速度一般比地面小。此外，地下室与土 层接触面积大，逸散阻尼增加，导致振动衰减，降低了结构的动力 效应。同时，地震作用逼使与地下室接触的土层发生相应的变形， 导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形，从 而提高了地下室的刚度。
一梯十户剪力墙结构住宅平面
上部结构嵌固部位的规定
层数
12
Hale Waihona Puke 楼高(m)箱 高
(m)
嵌固在箱基底
T1 (sec) F0 (KN) M0 (KN·m) F1 （KN） M1 (KN·m) T1 （sec）
嵌固在箱基顶
F0 （KN） M0 * (KN·m) M1 (KN·m)
32.4
3.0
0.449
13587
《抗规》6.1.14条-地下室顶板作为上部结构的嵌固部位的理解
《抗规》6.1.14条-地下室顶板作为上部结构的嵌固部位的理解HiStruct新的抗震设计规范修订稿对于地下室顶板作为上部结构的嵌固部位进行了详细的规定，具体条件和说明如下：6.1.14 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，应符合下列要求：1 地下室顶板应避免开设大洞口,主楼应采用现浇梁板结构，裙房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％。
HiStruct注：实际设计中地面处经常遇到主裙楼楼板标高不一致有较大降板的情况，设计中各有各的做法，比如以1/3层高控制错位，规范应对此有具体规定比较合适。
2 结构地上一层的侧向刚度，不宜大于地下一层相关部位楼层侧向刚度的0.5 倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。
HiStruct注：侧向刚度如何计算一直是个有争议的问题，特别对于剪切变形为主的结构和弯曲变形为主的结构，应该有区别的规定侧向刚度的计算方法。
3 地下一层柱截面每侧的纵向钢筋面积，除应满足计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍。
HiStruct注：钢结构和混合结构的大量应用，此条应明确是仅放大混凝土结构的配筋,还是柱的承载力需放大。
4 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。
同第3点的注。
5 地下室顶板的梁柱不应先于地上一层的柱根屈服。
[条文说明]：1）本条文字表达略有调整。
地下室顶板的厚度“不宜”小于180mm，指柱网内设置次梁时，板厚可适当减小，例如，取150mm。
2）相关部位一般指按45°扩散范围且不超过15m。
3，4）为了能使地下室有效地传递地震基底剪力，地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，因此，提出了设计要求：框架柱嵌固端屈服时、或剪力墙墙肢的嵌固端屈服时，地下一层对应的框架柱或剪力墙墙肢不应屈服。
上部结构嵌固部位论文
上部结构嵌固部位论文导读：根据广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规程》DBJ15-92-2013，以-2层作为嵌固的配筋比以基础为嵌固的配筋小；以-2层作为嵌固的位移正好满足1/800要求，而以基础作为嵌固则需要增大刚度，增设剪力墙或柱子。
综合规范中要求的抗震等级确定、底部加强区取值以及嵌固部位柱子配筋为上部1.1倍等条文，嵌固端取值越往下造价还是越高。
高层建筑加地下室的模式越来越多，结构设计时首先要对嵌固位置这个大方向做判断和取值，继而进行计算和相应设计。
从力学的角度，作为上部结构的嵌固部位，应具备水平位移和转角为零这样两个基本条件。
嵌固的概念，力学里一般是一个点，或者一条线；对于工程而言，是一个面，或者说是一个区域。
因此，嵌固不可能是绝对的，都是相对而言。
一般设计人员会把嵌固部位设置在地下室顶板。
把嵌固端取在地下室顶板位置，相关规范有如下要求：1）.《高层建筑混凝土结构技术规程》（以下简称为《高规》）5.3.7 高层建筑结构整体计算中，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。
本条给出作为结构分析模型嵌固部位的刚度要求。
计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位的结构，“相关部位”一般指地上结构外扩不超过三跨的地下室范围。
2）.《高层建筑箱形与筏形基础技术规范》（以下简称为《高层箱筏规范》）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，否则认为上部结构嵌固在箱基或筏基的顶部。
从《高规》和《高层箱筏规范》可以看出，要作为嵌固，分界的两层侧向刚度比需要达到一定的要求。
而这个刚度比并不绝对，1.5和2是不同的规范的规定。
嵌固是相对的，可以理解为弱嵌固和强嵌固。
但这个刚度比并未考虑地下室四周土的约束作用，然而土的约束不可忽略，土的侧向刚度可达到上部结构底层的3倍。
高层建筑结构嵌固端的选取
高层建筑结构嵌固端的选取一、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。
二、结构嵌固端的条件高层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1.1设多层地下室的情况设有多层地下室的高层建筑最好把嵌固端放在地下室顶板位置，前提是满足或创造以下条件：(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1—3级台阶高度时才可能考虑：(2)地下室顶板结构应为梁板体系，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)地下室要有良好的侧限，地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。
(4)地下室楼板厚度不宜小于18Omm，混凝土强度等级不宜低于C30，应采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋率不宜小于O．25％。
(5)地下一层的抗震等级应按上部结构采用，地下一层以下结构的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级，地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除应符合计算要求外，不应少于地上一层对应柱每侧纵向钢筋面积的1 1倍；地下室中超出上部主楼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。
9度抗震设计时，地下室结构的抗震等级不应低于二级。
2.不设地下室时的条件高层建筑不设地下室通常是针对层数有限的小高层，或其基础持力层较浅的情况，但从抗震角度考虑是不宜提倡的。
不管是采用天然地基基础或桩基础，都是以基础(承台)面作为结构嵌固端，且必须在该标高处的纵横方向设置刚度较大的基础梁加以连结，故首层层高应从基础面算起。
地下室顶板作为嵌固端的判别标准
地下室顶板作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）。
关于高层建筑嵌固端选取的讨论
关于高层建筑嵌固端选取的讨论一、引言高层建筑在进行结构分析之前必须首先确定嵌固端的所在位置。
而嵌固端位置的正确假定不仅影响结构产生侧移的真实性，还关系到某些结构构件内力分配的准确性，以及结构局部的经济性。
由于高层建筑的多样性和复杂性，嵌固端的选取也面临着各种不同的情况。
二、作为上部结构的嵌固端需要满足的条件规范规定：当地下室顶板作为上部结构的嵌固端是，应符合下列要求：1、地下室一层的侧向刚度宜大于结构地上一层侧向刚度的2倍，地下室周边宜有与顶板相连的抗震墙。
2、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%。
3、地下室顶板对应于地上框架柱的梁柱节点应满足下列规定之一：1）地下一层柱结构面每侧的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下端实配的抗震受弯承载力的1.3倍。
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，同时两端顶面和地面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上。
4、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。
三、关于嵌固端位置选取的讨论1、当地下室顶作为上部结构的嵌固端时1）地下室顶板必须具有足够的平面内刚度，以有效传递地震基底剪力，其厚度不宜小于180mm。
地下室顶板及裙房地下室与主楼相关范围内的地下室顶板应采用梁板。
现在较多工程在地下室顶面采用无梁楼盖结构，由于一般无梁楼盖的平面外刚度较普通梁板结构小许多，在竖向荷载作用下无梁楼盖将产生较大的面外变形，地震作用时，地下室顶作为上部结构的嵌固端将承受很大的水平地震剪力，加剧了无梁楼盖的面外变形，对传递水平地震剪力和协调变形不利。
规范对地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求
地下室顶板作为上部结构的嵌固端，需满足下述条件：
1、刚度地下一层侧向刚度不应小于相邻上一层侧向刚度的2倍。
(高规3.5.2.2条的“考虑层高修正的楼层侧向刚度比不宜小于1.5”)
2、材料混凝土强度等级不宜小于C30。
3、构造地下室顶板厚度不宜小于180mm。
4、配筋板：双层双向配筋，配筋率不宜小于0.25%。
柱：地下一层柱每侧纵筋面积，不应小于地上一层对应一侧纵筋面积的1.1倍。
梁：地下一层的梁顶面和底面的纵筋不应小于计算配筋值的1.1倍。
墙：○1地下室外墙竖向及水平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%。
○2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。
5、承载力地下室顶板的梁柱节点左右梁端截面同一方向实配的受弯承载力
与下柱上端同一方向实配的受弯承载力之和，不应小于上柱下端
实配的受弯承载力的1.3倍。
即图中○1+○2+○3处截面同向受弯承载力之和大于○4处截面同向受弯承载力的1.3倍。
注：抗规6.1.14条条文说明，当梁、柱纵筋面积增加10%后，可满足上述承载力的要求。
依据规范：抗规6.1.14条及条文说明，高规12.2.1条和12.2.5条及条文说明。
7上部结构嵌固部位的规定
上部结构嵌固部位的规定•对有抗震设防要求的高层建筑，基础和地下结构设计的一个重要原则是，要求基础和地下室结构应具有足够的刚度和承载力，保证上部结构进入非弹性阶段时，基础和地下室结构始终能承受上部结构传来的荷载并将荷载安全传递到地基上。
为保证上部结构在大震作用下仍具有足够的刚度和强度，一些国家的规范提出了加强地下室刚度和强度的要求，如美国UBC规范规定：基面与基础间的地下室结构，其刚度和强度不得低于上部结构；罗马尼亚对嵌固在地下室顶板的剪力墙结构，要求地下室全部埋入土中，且要求其墙体的惯性矩比上部结构底层墙体的惯性矩大50%以上。
上部结构嵌固部位的规定上部结构嵌固部位的规定上部结构嵌固部位的规定•国内震害调查表明，唐山地震中绝大多数地面以上的工程均遭受严重破坏，而地下人防工程基本完好。
如新华旅社上部结构为8层组合框架，8度设防，实际地震烈度为10度。
该建筑物的梁、柱和墙体均遭到严重破坏（未倒塌），而地下室仍然完好。
天津属软土区，唐山地震波及天津时，该地区的地震烈度为7～8度，震后人防地下室基本完好，仅人防通道出现裂缝，表明了由于地下室的外墙参与工作，地下室的侧向刚度一般都大于上部结构相邻层的侧向刚度以及土层深处的水平地震加速度一般比地面小。
此外，地下室与土层接触面积大，逸散阻尼增加，导致振动衰减，降低了结构的动力效应。
同时，地震作用逼使与地下室接触的土层发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形，从而提高了地下室的刚度。
上部结构嵌固部位的规定•国内震害还表明，个别与上部结构交接处的地下室柱头出现了局部压坏及剪坏现象。
这表明了在强震作用下，塑性铰的范围有向地下室发展的可能。
因此，与上部结构底层相邻的那一层地下室是设计中需要加强的部位。
有关地下室的抗震等级、构件的截面设计以及抗震构造措施应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》的有关规定；嵌固端处的框架结构底层柱根截面组合弯矩设计值应按《建筑抗震设计规范》GB50011的规定乘以与其抗震等级相对应的增大系数；剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起；当结构嵌固在地下室顶面时，剪力墙底部加强部位的范围尚应延伸至基础顶面。
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上部结构嵌固部位的规定
•对有抗震设防要求的高层建筑，基础和地下结构设计的一个重要原则是，要求基础和地下室结构应具有足够的刚度和承载力，保证上部结构进入非弹性阶段时，基础和地下室结构始终能承受上部结构传来的荷载并将荷载安全传递到地基上。
为保证上部结构在大震作用下仍具有足够的刚度和强度，一些国家的规范提出了加强地下室刚度和强度的要求，如美国UBC规范规定：基面与基础间的地下室结构，其刚度和强度不得低于上部结构；罗马尼亚对嵌固在地下室顶板的剪力墙结构，要求地下室全部埋入土中，且要求其墙体的惯性矩比上部结构底层墙体的惯性矩大50%以上。
上部结构嵌固部位的规定
上部结构嵌固部位的规定
上部结构嵌固部位的规定
•国内震害调查表明，唐山地震中绝大多数地面以上的工程均遭受严重破坏，而地下人防工程基本完好。
如新华旅社上部结构为8层组合框架，8度设防，实际地震烈度为10度。
该建筑物的梁、柱和墙体均遭到严重破坏（未倒塌），而地下室仍然完好。
天津属软土区，唐山地震波及天津时，该地区的地震烈度为7～8度，震后人防地下室基本完好，仅人防通道出现裂缝，表明了由于地下室的外墙参与工作，地下室的侧向刚度一般都大于上部结构相邻层的侧向刚度以及土层深处的水平地震加速度一般比地面小。
此外，地下室与土层接触面积大，逸散阻尼增加，导致振动衰减，降低了结构的动力效应。
同时，地震作用逼使与地下室接触的土层发生相应的变形，导致土对地下室外墙及底板产生抗力，约束了地下结构的变形，从而提高了地下室的刚度。
上部结构嵌固部位的规定
•国内震害还表明，个别与上部结构交接处的地下室柱头出现了局部压坏及剪坏现象。
这表明了在强震作用下，塑性铰的范围有向地下室发展的可能。
因此，与上部结构底层相邻的那一层地下室是设计中需要加强的部位。
有关地下室的抗震等级、构件的截面设计以及抗震构造措施应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》的有关规定；嵌固端处的框架结构底层柱根截面组合弯矩设计值应按《建筑抗震设计规范》GB50011的规定乘以与其
抗震等级相对应的增大系数；剪力墙底部加强部位的高度应从地下室顶板算起；当结构嵌固在地下室顶面时，剪力墙底部加强部位的范围尚应延伸至基础顶面。
上部结构嵌固部位的规定
•地震作用下，既然四周与土壤接触的具有外墙的地下室其变形与刚体变形基本一致，那么在抗震设计中可假设地下结构为一刚体，上部结构嵌固在地下室的顶板上，差别在于嵌固部位处存在一个大小与柔性地基相同的转角。
分析结果表明，忽略该转角的影响，上部结构嵌固在地下室顶板上得到的地震作用产生的基底剪力与上部结构嵌固在筏板顶部上按刚性地基假定分析的基底剪力是极为接近。
上部结构嵌固部位的规定
室外地坪 ±0.000筏基±0.000 室外地坪地下一层顶板地下室顶板 地下一层嵌固部位 单层地下室
嵌固部位地下二层
（或地下二层为箱基）筏基 上部结构的嵌固部位示意图
上部结构嵌固部位的规定
•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、软塑流塑粘性土；
试验资料和理论分析表明，回填土的质量影响着基础的埋置作用，如果不能保证填土和地下室外墙之间的有效接触，将减弱土对基础的约束作用，降低基侧土对地下结构的阻抗。
计算结果表明，地下结构埋置深度为10m时，土-结构体系的抗侧力刚度可提高约1.5倍，而土-结构体系的转动刚度则可提高约2.2倍。
•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；
为避免塑性铰转移到地下一层结构，保证上部结构在地震作用下能实现预期的耗能机制。
•地下一层结构顶板应采用梁板式楼盖，板厚不应小于180mm，其混凝土强度等级不宜小于C30；楼面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％；
•地下室外墙和内墙边缘的板面不应有大洞口，以保证将上部结构的地震作用或水平力传递到地下室抗侧力构件中。
上部结构嵌固部位的规定
•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。
结构整体计算分析
时宜在地下室与周围土层之间设置适当的弹
簧和阻尼器来模拟基底土和基侧土的阻抗。
上部结构嵌固部位的规定
•当上部结构为剪力墙结构、采用的箱基其净高又较大，在忽略箱基周边土的有利条件下，箱形基础墙的侧向刚度与相邻上部结构底层剪力墙侧向刚度之比会达不到1.5倍的要求。
•1、将上部结构的嵌固部位定在箱基底板的上皮，将箱基底板视作筏板；
•2、将箱基视作为箱式筏基，上部结构的嵌固部位定在箱基的顶部。
上部结构嵌固部位的规定
一梯十户剪力墙结构住宅平面
•图示为一典型的一梯十户高层住宅，层高为2.7m ，基础为单层箱基，埋深取建筑物高度的1／15，箱形基础高度不小于3m 。
抗震设防烈度为8度，场地类别为Ⅱ类，设计地震分组为第一组。
上部结构按嵌固在基底和箱基顶部两种计算简图进行计算。
计算结果列于下表中，表中F 0、F 1分别表示基底和首层结构的总水平地震作用标准值；M 0、M 1分别表示基底和首层结构的倾覆力矩标准值。
上部结构嵌固部位的规定
剪力墙结构单层箱基－地基交接面上水平地震作用和倾覆力矩比较
*注：*表示M 0＝M 1＋F 0×箱高
632217
707500
15684
1.148
609637
15631
677473
15879
1.207
4.8
72.9
27
582299649564156430.97556334115746620964159651.0334.364.824461239512933136090.85644747013648492980138050.9033.856.721399558441788131970.72138759513182425756133100.7613.248.618349460390538135260.56233833813189375378133140.5993.040.515297044337814135900.41628546713438324328135870.4493.032.412M 1(KN ·m)
M 0*(KN ·m)
F 0（KN ）
T 1（sec ）
M 1
(KN ·m)
F 1（KN ）
M 0
(KN ·m)
F 0(KN)
T 1(sec)
嵌固在箱基顶
嵌固在箱基底
箱高
(m)
楼高
(m)
层数
上部结构嵌固部位的规定
•计算结果表明，在地震作用下，第二种计算模型算得的基底剪力大于第一种计算模型算得的基底剪力。
从基础变形角度来看，由于第一种计算模型将底板与刚度很大的基础墙割开，把上部结构置于厚度较薄的底板上，因而算得的地基变形值远大于规范规定的变形允许值。
此外，考虑到地震发生时四周与土壤接触的箱基其变形与刚体变形基本一致的事实，对单、多层箱基的地下室，上部为剪力墙结构时，推荐其嵌固部位取地下一层箱基的顶部。