高层建筑结构嵌固端的选取
浅议高层多塔住宅嵌固端的合理选取
浅议高层多塔住宅嵌固端的合理选取作者：张佩军来源：《科技资讯》 2013年第14期张佩军(江苏省苏中建设集团股份有限公司上海建筑设计分公司上海200072)摘要：近年来，随着我国城市化进程的不断加快，推动了建筑业的发展，各类建筑工程项目与日俱增，由于受建筑用地短缺的影响，高层住宅日益增多。
多塔式住宅是高层建筑中较为常见的一种结构形式，其嵌固端的合理选取对于确保住宅结构的整体稳定性尤为重要。
基于此点，本文首先分析了高层多塔式建筑结构嵌固端的作用，并在此基础上提出高层多塔式住宅嵌固端的合理选取及优化途径。
关键词：高层建筑；多塔体系结构；嵌固端中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：1672-3791(2013)5(b)-0000-00高层多塔住宅建筑嵌固端是指上部结构的底部嵌固部位，嵌固端的确定主要通过调整承载力和刚度，迫使塑性铰在预期部位出现，且能够承受上部结构在该处屈服超强引起的极限弯矩和出现塑性铰时最大剪力以及相应最大或最小轴向力。
高层多塔住宅建筑必须合理选取和优化嵌固端，以此保证地基基础具备较强承载力，防止建筑结构出现滑移和转动，确保高层建筑结构设计形成稳定的体系，有效预防建筑倾覆或较大的差异沉降。
多塔高层嵌固端的合理选取对结构的安全和经济性都有较大的影响。
一、高层多塔式建筑结构嵌固端的作用分析随着高层建筑的迅猛发展，建筑高度也随之增加，使得因风载荷或地震作用而产生的水平载荷对高层多塔住宅建筑结构的内力和位移影响逐步加大。
而合理确定基础埋置深度，是满足高层多塔住宅地基承载力和结构稳定性要求的前提，以此有效减少由于地基沉降和不均匀沉降所造成的建筑整体倾斜，防止水平载荷使建筑物产生倾斜和滑移，增强抗震能力。
基础埋深的确定直接影响高层多塔住宅建筑的基础设计选型，所以必须将其作为基础设计的关键环节，确保地基的可靠性。
加之，基础埋深会影响建筑结构的动力反应性质和静力反应性质，因此必须在保证高层多塔住宅建筑结构安全的基础上，兼顾技术因素和经济因素选择合理的基础埋置深度。
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%。
关于高层建筑结构的嵌固问题
关于高层建筑结构的嵌固问题摘要：此文从理论入手，结合工程实际对高层建筑的嵌固问题做了较为详尽的论述，解决了高层建筑嵌固端位置选定及相关部位的结构计算与设计问题。
关键词：嵌固端、塑性铰、地下室高层建筑的嵌固端，亦称作固定端，即主体结构承受外力时，此位置不允许有任何变形（包括位移和转角）。
当然前提是此处的支座要能够产生足够的约束反力而不变形、不破坏。
亦即首先支座要“坚固”。
众所周知，抗震设计的目标是“小震不坏，中震可修，大震不倒”。
以上关于嵌固端的论述，在小震不坏，中震可修这两个标准中是适用的。
但是当“大震”来临，嵌固端顶面的柱脚或墙脚将达到其塑性极限弯矩，并由此产生转动，即塑性铰出现。
当然，某处截面出现塑性铰并不能使结构立即破坏，它还能继续承受增加的荷载。
当继续加荷时，先出现塑性铰的截面所承受的弯矩维持不变，产生转动，未出现塑性铰的截面所承受的弯矩继续增加，这就是塑性变形引起的结构内力重分布，塑性铰转动的过程就是内力重分布的过程。
这个过程，将使嵌固端顶面的主体结构承载力大大加强，从而实现“大震不倒”。
有一点我们必须明确：“大震不倒”时允许产生塑性铰的最低部位是嵌固端顶面以上一定范围内的柱脚、墙角，而嵌固端顶面以下则不能破坏，正如前所述“支座”要坚固。
另一方面，我们也看出，确定嵌固端的位置是非常重要的。
如图一所示：如果嵌固端选得低了，h增大，结构总水平地震力就大了，当然需要更大的强度和刚度来加强主体和支座，其结果就是不经济；如果选得高了，h小了，但该计入的水平地震力又漏掉了，自然是不安全。
当然，这只是最简单的模型。
实际工程中，尤其对于高层建筑而言，嵌固端的正确选取更是结构计算中的一个重要假定，它不仅关系到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，从而影响到整体结构的安全性和经济性。
嵌固端位置如此重要，如何确定呢？先看一个问题：保证建筑物矗立不动的外力从哪里来？答案只有地基和周围的土体。
随着建筑物埋深的增大，土的约束作用更趋明显，地震对结构的动力效应相对减弱。
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
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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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。
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。
三、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。
当该比例接近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<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。
3.计算要求
将结构的嵌固部位置于地下一层的地面时，仍应考虑地下室顶板对上部结构实际存在的嵌固作用，应取不同嵌固部位(地下一层的地面和地下一层的顶面)分别计算，配筋取大值。
4.当地下二层对首层的侧向刚度比r≥2时，地下二层的顶板可按嵌固部位楼板要求设计；地下二层的抗震等级可同地下一层。
四、地下室抗震等级的确定
1.当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，规范规定当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
但当上部结构抗震等级较高，如为一级抗震等级时，在地下一、二层处变化过于剧烈，龚思礼所著《建筑抗震设
计手册》，建议地下一层以下可按表1逐层降低。
2.当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时规范未明确规定，建议地下二层的抗震等级可比地下一层降低一级，以下各层按规范要求确定。
3.一般地下室的抗震等级
①地下室顶板作为上部结构的嵌固部位(r≥2)时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层(不含)以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。
②地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位(r<2)时：建议地下二层的抗震等级可适当提高(如比①提高一级，对重要工程或当地下一层的实际嵌固作用很弱时，也可取与地下一层相同的抗震等级)，其余各层的抗震等级按①取用。
4.纯地下室的抗震等级
纯地下室(即地下室中超出主楼范围且无上部结构的部分)的抗震等级：《高层钢筋混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定纯地下室的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，纯地下室的抗震等级不低于三级。
《建筑抗震设计规范》在其条文说明中对纯地下室的抗震等级分不同情况予以细化，而规范条文则统一表述为“可根据具体情况采用三级或更低等级”。
5.高层建筑结构的底部加强部位
当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固部位时，结构的底部加强部位的高度，可仍按地下室顶板作为上部结构的嵌固部位计算，只需将底部加强范围向下延伸至地下二层(含)即可。
注：有文献要求按嵌固部位以上的高度计算底部加强部位的高度(并确定为h)在嵌固部位以上h范围内设置加强部位的做法，忽略了地下室顶面实际存在的嵌固作用，是不合理的。
五、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。