高层建筑结构嵌固端的选取
高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题
高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题在高层建筑中，结构嵌固端的设计与选取是一个十分关键的问题。
嵌固端是连接钢筋和混凝土的一个重要部分，它在高层建筑的整个结构中起着承重、支撑、加固及稳定的作用，因此，它的设计和选用必须非常严谨和精确。
结构嵌固端的设计原则1.结构嵌固段应该满足抗压、抗拉、抗剪的力学原理。
2.在嵌固段中，应该保证钢筋的强度和混凝土强度保持一致。
3.嵌固段的长度需要通过计算来确定，以保证各个部分的表面压力基本相同，并达到稳定的效果。
4.嵌固段的位置需要准确的测量和设计，以避免因测量和设计不准确导致的结构失稳。
结构嵌固端的选取在选取结构嵌固端的时候，需要根据具体的建筑结构、设计要求和使用环境来确定。
1.设计要求和使用环境：在选取嵌固端的时候，需要根据设计要求和使用环境来确定嵌固端的类型、尺寸和材质等。
2.支撑结构：在选取嵌固端时，需要考虑结构支撑的类型和性质，以确保嵌固端的重量和强度能够承受支撑结构的要求。
3.建筑环境和气候条件：在选取嵌固端时，需要考虑建筑环境和气候条件，以确保嵌固端能够适应寒区、海岛、火山、沙漠等特殊环境的要求。
4.建筑设计：在选取嵌固段的时候，要根据建筑设计和预计使用载荷来确定合适的嵌固端长度、长度密度以及嵌固段的运用数量。
结构嵌固端的相关技术问题1.钢筋和混凝土之间的粘结强度如何保证？2.嵌固端的长度与强度如何计算？3.嵌固段的位置和数量如何确定？4.嵌固段如何安装？如何检验？在该文档中，我们已经大致了解了结构嵌固端的设计原则、嵌固端的选取以及相关技术问题。
对于结构嵌固端这一重要的设计和构造要素，我们需要充分论证、验证和分析，以确保在高层建筑中其有良好的稳定性能及耐久性。
高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术条件
（） １ 以地 下室 底 板 作 为 嵌 固端 ， 相对 刚度 比 为 ０ 取 ，
部结 构 的嵌 固部位 时 ， 下 室 结构 的楼 层 侧 向 刚度 地
不 宜 小于相 邻 上部 结构 楼层 侧 向刚 度 的 ２倍 。
但是《 建筑 结构 抗震 规 范 》 《 和 高层 建 筑 混凝 土 结 构技 术规 程 》 对 于 其 理 论 背 景 ， 量 分 析 以及 定
较 大 面积地 下 室情 况未 做相 应 的分 析和 阐述 。结构 嵌 固端 的形 成 或者 说 上 部 结 构 对嵌 固端 的要 求 ， 在 工程 设 计 中还 可引伸 出若 干 相关 的技 术 问题及 其正
作 为嵌 固端 不会造成地 下室结 构造 价的提 高 ， 而可 反
宜小 于相 邻上 部楼 层侧 向刚度 的 ２倍 。地下 室柱 截 面 每侧 的纵 向钢筋 面积 除 应 满 足 计 算 要 求 外 ， 应 不 少 于地上 一层 对应 柱 每 侧 纵 筋 面 积 的 １ １ ， 上 ．倍 地
收 稿 日期 ：０ ０一Ｏ Ｏ ２１ ｌ— ５ 作者简介 ： 陈
陈 颖 ， 陶 杰
Ｃ Ｎ ｉ ｇ，Ｔ ｉ ＨＥ Ｙ ｎ ＡＯ Ｊｅ
（ 京 地 下 工程 设 计 院 ， 苏 南 京 ２ ０ ２ ） 南 江 １０ ９
摘
要 ： 层 建 筑 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 ， 确 选 取 其 结 构 嵌 固 端 及 确 定 相 应 的 措 高 正
应符 合第 ６ ２ ３ ６ ２ ６ ６ ２ ７条 的规 定 ， 于地 下 ． ． 、． ． 、． ． 位
室顶 板 的梁柱 节点 左 右梁 端截 面实 际受 弯承 载力 之 和不 宜小 于上 柱下 端 实际受 弯 承载 力 ¨ 。 “ 高规 ” ５ ３ ７条规 定 ： 第 ．． 当地 下 室 顶 板作 为 上
高层建筑结构设计嵌固端及计算模型选取的若干关键问题探讨
高层建筑结构设计嵌固端及计算模型选取的若干关键问题探讨发布时间：2021-01-18T02:23:02.018Z 来源：《新型城镇化》2020年20期作者：邓荣斌[导读] 不同于多层建筑，在高层建筑结构中，风荷载和地震作用等水平荷载将成为控制因素，在水平力作用下，高层建筑结构受力特点类似于一个竖向悬臂构件，其倾覆弯矩与高度的关系呈二次方的关系，结构顶点的位移与高度呈四次方的关系。
广西地产集团有限公司摘要：从高层建筑结构受力特性来看，水平作用（风荷载和地震作用）在高层建筑分析和设计中起着主要作用，由此带来结构的侧向刚度、位移、地震效应等一系列复杂的问题，因此高层建筑的结构分析和设计要比一般的中低层建筑复杂得多。
而嵌固端及计算模型的选取，无疑是影响计算结构和分析计算合理性的重要因素，本文针对高层建筑结构设计嵌固端及计算模型选取的若干关键问题进行重点阐述，并结合实际分析计算结果，提出方法和建议。
关键词：高层建筑结构；嵌固端；计算模型引言不同于多层建筑，在高层建筑结构中，风荷载和地震作用等水平荷载将成为控制因素，在水平力作用下，高层建筑结构受力特点类似于一个竖向悬臂构件，其倾覆弯矩与高度的关系呈二次方的关系，结构顶点的位移与高度呈四次方的关系。
由于高度的增加，结构的振动周期加大，结构柔度更大，顶部位移迅速增大，使得抗侧力结构的设计成为关键，即必须设置有效抵抗水平力的结构体系（柱、剪力墙、筒体或支撑等抗侧力结构）。
在建立计算模型时，比较重要的问题之一，就是嵌固端的确定，以及计算模型的选择问题，本文针对这两个问题展开重点论述。
1、高层建筑结构嵌固端的若干关键问题：1.1、关于计算嵌固端与设计嵌固端：计算嵌固端为计算模型的嵌固端，或成为力学嵌固端（或刚度嵌固端），设计嵌固端为预期塑性铰出现部位或成为强度嵌固端。
高层建筑结构由于地下室土体约束作用，在地下室顶板产生刚度突变，地震作用下，地下一层吸收了绝大部分上部传来的地震力，可能使高层建筑的塑性铰由基础顶部转移到地下室顶板以上，故规范要求地下室结构的刚度和承载力适当加强，可考虑地下室顶板为上部结构的嵌固部位，即预期塑性铰出现部位，确定嵌固部位后就可以通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现。
结构嵌固端的选取及设计建议
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%。
高层建筑结构嵌固端的选取
高层结构嵌固端的选取
嵌固端40.嵌固端不设于地下室顶板时，计算中需注意哪些问题？解析：对于因室外土层标高不满足嵌固条件导致嵌固层不能设于地下室顶板的情形，地下室的层数按照嵌固层楼板以下层数输入。
嵌固层以上的地下室层数应计入上部结构的层数，建筑物的总高度也从此层楼板起算。
对于因地下室顶板或以下楼板开大洞或局部不连续，或错层导致嵌固层不能设于地下室顶板的情形：这种情况下，即使室外土层标高距顶板距离小于1.5m或小于1/3h，仍不能将该层楼板作为嵌固层。
在用SATWE计算时，地下室的层数仍按上述第（1）款确定。
这时，出现一个问题，除非室外土层标高致使嵌固层设于地下室底板，否则无法体现嵌固层是设于地下室顶板以下某层楼板处。
因为侧限土的约束在嵌固层楼板之上，实际的嵌固层并不能人为地认为在哪层就是在哪层。
有的设计者在完成施工图设计后，仍不清楚自己所设计的嵌固层位于哪层。
为解决此问题，应尽可能按工程实际情况考虑计算输入参数，并对计算结果进行分析，找出嵌固层，以便在设计中满足嵌固层的计算和构造要求。
以上指结构整体计算，在构件内力和配筋计算中，凡地下室有开大洞或局部不连续的楼板、或有错层的楼板，应将楼板设置成弹性楼板，以考虑楼板在平面内的变形，从而考虑楼层内抗侧力刚度较小的构件的位移和内力加大，保证这些构件的计算结果的可靠性。
对于地下室嵌固层楼板既不在顶板，也不在底板时，如何通过计算确定嵌固层位于哪层楼板？根据计算结果，考察地下室各上下相邻的侧向刚度比值。
此时不考虑侧限土的约束。
同样的计算模型，考虑侧限土的约束，将该结果与不考虑侧限土约束的结果作一个比较，以确定嵌固层。
当设计者希望将嵌固层定在地下室某层刚性较好的楼板时，可通过调整其相邻层侧向刚度比值以符合抗震规范的要求。
此时，结构嵌固部位的地下室楼层应符合《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第6.1.14条和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第4.5.5条的规定。
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。
高层建筑结构嵌固端的选取及相关技术问题
满 足 此 条件 。
盘部分具有足够 的侧 向刚度。 目前高层建筑结构计算软件的功能
２．２ 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 已较为完善 ，因此大底盘多塔楼建筑均 以整体结构进行 计算 ，其
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 嵌 固端也不像结构初算阶段选择在大底盘屋顶标高处 。４）高层建
地下 室但基础埋深 较大 ；设 有地下 室但 其层数或 多或少 ，且基 础 端 的其 它条件 ，则该首层作 为结构嵌 固端 就毫无疑 问了 ，但 当上 形式不 同等 。根据 以上情况正确选取其结 构嵌固端 ，是 高层 建筑 述投影面积比例 ＜Ｉ时 ，说 明地下室侧 限远离塔楼 ，塔楼发生 的侧
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 度 ；ｂ．转换层之上通常为剪力墙 、部分短肢剪力墙或异形柱一短肢
相当厚度 ；３）地下 室侧壁要有 良好 的侧 限 ，即必须与“地球 ”有 良 剪力墙结 构 ，为使转换层 上下部 的侧 向刚度相近 ，大底 盘部分 肯
好 的接壤 ，上述半地下室顶板不 能成 为结构嵌 固端 的原 因就 是不 定要将原位剪力墙增厚或增加新的剪力墙 ，从而使塔楼下 的大底
结构计算模式 中的一个重要假定 ，它不仅关系到结构 中某些构件 向位移将 波及首层楼 面并使其发生 变形 ，即使变形量很 小 ，但严
内力 分配 的准确性 ，而且还影 响结 构产生侧 移的真实性 ，以及结 格说来首层作为嵌 固端 的刚度必然小于前一种情况 ，且变形 又增
构局部 的经济性 ，因此有必要 对结构嵌 固端 的选 取作进一 步探 大 了上部结构侧移 的计算值 ，同时首层骨架构件也会 由于 自身的
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浅谈高层建筑结构嵌固端的选取
前言
高层建筑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，而嵌固端的选取却面临着各种不同情况。
根据不同情况正确选取其结构嵌固端，是高层建筑结构计算模式中的一个重要假定，它不仅关系到结构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，以及结构局部的经济性，因此有必要对结构嵌固端的选取作进一步探讨，并由此引伸出若干相关的技术问题。
一、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（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，即必须与“地球”有良好的接壤，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。
对于上述条件中对首层楼面框架梁的要求，假设满足《抗震规范》第6.1.14条“位于地下室的梁柱节点左右梁端截面实际受弯承载力之和不宜小于上下柱端实际受弯承载力之和”的要求，对于高层建筑来说，由于首层处的柱截面往往远大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗弯钢筋用量，上述要求仍很难满足。
就此要求而言，则只有多层或小高层建筑才有可能以首层顶板作为结构的嵌固端，而真正意义的高层建筑则完全排除了这种可能性。
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。
（1）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；
（2）若基础（承台）面标高与首层标高有一定距离而不设基础梁连结或其刚度过小，则地面标高处应设有刚性地面来作为结构嵌固端，首层层高可从地面层算起。
若不设刚性地面，则上部结构无从形成嵌固端，也即结构计算简图不成立，设计上显然是不允许的。
以上列举的条件无非是说明要成为上部结构的嵌固端，其下部结构必须具有足够的刚度以保证柱根之间不产生相对位移，且能承受或平衡柱根弯矩。
规范中规定“当地下室顶板作为上部结构嵌固部位时，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
刚度的二倍”正是基于这一考虑。
二、与嵌固端相关的技术问题
结构嵌固端的形成或者说上部结构对嵌固端的要求，在工程设计中还可引伸出若干相关的技术问题及其正确的设计方法，以下将分别探讨。
（1）单层地下室
当高层建筑仅设单层地下室且底板采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常选择基础底板而非首层作为结构嵌固端，这有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造条件，即使是首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构，都不影响结构计算的准确性。
此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构必须一致，以基础底板作为嵌固端不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。
即使单层地下室底板是以桩为基础的普通梁板结构，一般情况下仍然取底板处为结构嵌固端，唯一例外的是地下室作为抗爆级别较高的防空地下室时，其顶板通常具有作为结构嵌固端的刚度，因此可取其作为上部结构的嵌固端。
（2）投影面积比例
高层塔楼在地下室顶板上的投影面积比例大小对首层作为嵌固端的结构有着不同的影响。
当该比例大于等于1时，若首层楼面符合作为嵌固端的其它条件，则该首层作为结构嵌固端就毫无疑问了，但当上述投影面积比例远远小于1时，说明地下室侧限远离塔
楼，塔楼发生的侧向位移将波及首层楼面并使其发生变形，即使变形量很小，但严格说来首层作为嵌固端的刚度必然小于前一种情况，且变形又增大了上部结构侧移的计算值，同时首层骨架构件也会由于自身的变形而产生附加内力。
作为有经验的结构工程师，在实际设计中都会根据工程实际情况予以鉴别并作出相应的结构处理。
（3）大底盘多塔楼
大底盘多塔楼大多为商住楼，而且由于商用及居住性质不同，对柱网的要求也不同，故通常需设置结构转换层。
当大底盘的商用部分层数不多（如仅1—2层），且结构转换层设于大底盘的屋顶标高处时，塔楼的嵌固端就可考虑取在大底盘的屋顶处，至少在塔楼初算时可以如此假定，如图3所示。
这一考虑基于以下两点：①既然属大底盘，其楼层面积肯定大于塔楼的投影面积，加上大底盘屋顶设置转换层，故大底盘的楼层平面刚度远大于塔楼的楼层刚度；
②转换层之上通常为剪力墙、部分短肢剪力墙或异形柱一短肢剪力墙结构，为使转换层上下部的侧向刚度相近，大底盘部分肯定要将原位剪力墙增厚或增加新的剪力墙，从而使塔楼下的大底盘部分具有足够的侧向刚度。
目前高层建筑结构计算软件的功能已较为完善，因此大底盘多塔楼建筑均以整体结构进行计算，其嵌固端也不像结构初算阶段选择在大底盘屋顶标高处。
（4）高层建筑的基础埋深
在研究探讨高层建筑的结构嵌固端时，必然牵涉到其基础埋深问
题，高层建筑基础要具有一定的埋置深度，首先是为了保证结构的整体稳定（包括抗滑），其次有利于减弱地震反应。
规范对高层建筑的基础埋深有一量化规定，即“天然地基或复合地基基础，可取房屋高度的1/15，桩基础可取房屋高度的1/18”，但这一规定仅与建筑物的总高度有关，而与其它因素无关。
但我们在认真思考后发现基础埋深除了与建筑物总高度有关外，还应与控制高层建筑体型重要指标的高宽比有关。
如两栋建筑物的高度量相同，但其高宽比分别为5.0和2.5，显然比值较小者整体稳定性更高，若采用相同的基础形式，则比值较大者其基础埋深应更大。
除了高宽比以外，基础埋深还应与高层建筑的裙房底座宽度、地下室底盘宽度等因素有关，对地下室面积仅为塔楼投影面积者应偏于严格，相反对没有裙房或地下室面积大于塔楼投影面积者则可略为放松。
（5）首层楼面的活载作为结构嵌固端的首层楼面（地下室顶板），其正常使用时的活载一般不太大，即使作为商业用途，其活载也仅为3.5kn/m2，但设计中要考虑施工过程中可能产生的施工荷载，对于首层梁板构件取活载8.0—10.0kn/m2则往往是必要的。
此外，该层楼板配置通长面筋，不仅是出于增大刚度的考虑，而且是抵抗混凝土收缩和温度应力的需要，特别是由于开发商的原因可能导致地下室顶板完成后要裸露一段时间（从几个月到几年不等），为了防止或减少由于暴晒或暴露时间过长而产生的裂缝，配置足够的楼板面筋尤为必要。
首层楼面考虑较大的施工荷载，其梁
板截面就需较大，有利于满足首层楼面作为结构嵌固端刚度要较大的要求。
三、结束语
在高层建筑结构设计中，无论选择哪个部位作为结构嵌固端，都可以通过结构计算程序获得准确的计算结果，但我们期望的是计算结果较真实地反映结构的实际情况。
为了达到这一目的，结构计算时输入正确的参数和数据固然相当重要，但结构嵌固端的确定对结构计算结果的影响也相当大，因此重视结构嵌固端的确定并非微不足道，且在嵌固端确定后设计中如何保证其成为真正的嵌固端，还有许多细节有待研究和完善，这是结构设计人员不能忽视的重要环节。