嵌固端位置选取对高层建筑地震作用及用钢量影响
嵌固部位在房屋建筑结构设计中的研究
嵌固部位在房屋建筑结构设计中的研究随着社会和经济的各类发展，人们对住宅的需求日新月异，同样对于房屋的建造要求也不断提高，而针对不同形式构造的建筑其嵌固端的选取也不相同。
结合当地的地质情况，需进一步探讨结构的嵌固部位选择，本文将通过对嵌固端的分析，阐述其在房屋建筑结构设计中的技术问题。
标签：嵌固端;结构形式;剪力墙;侧向刚度设计建筑尤其是高层建筑时，需要确定嵌固端的位置。
对于不同形式不同体量的建筑应进一步分析，例如不同的基础形式，地下室的高度和层数。
根据项目的具体情况，需进一步讨论结构的嵌固部位选择，正确选取嵌固端是结构计算模型中的初始假定，它不僅关系到模型计算中力传导关系，而且还是对建筑位移真实性的还原，也对建筑结构经济性和安全性起到了重要作用，因此对结构嵌固端的选取进行以下分析。
1、设计嵌固端的考虑因素嵌固端在高层建筑设计时通常是选择在正负零，但项目的计算模型能否能将正负零作为嵌固端是有诸多影响因素：房间布局、正负一层的层高和高差、正负零处板厚等。
1.1有地下室情况（1）地下室外墙应具有良好的侧向刚度，以保证平面内足够刚度，将地下结构形成一个有效整体。
地下室顶板和室外地坪高差较少，如有半地下室或首层楼面标高超过0.6m时不宜采用。
（2）车库或大空间的地下室顶板不能作为嵌固部位，也不应开大洞口，板厚度一般要在180mm以上，建筑物的整体造型也需相对对称。
这些条件应满足《抗震规范》规定，对于侧向刚度要求“地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍”，有时即使增大梁、柱截面仍难以满足规范要求。
同时为尽量体现强柱弱梁的设计理念，在这种情况下只有多层建筑才可能将地下室顶板作为结构的嵌固端，而54m以上的住宅、50m以上的公建等一类高层则不适用。
1.2无地下室情况基础持力层较浅时的小高层，有时不设置地下室，以基础顶面作为结构固定端，但应增加构造措施以增强基础整体刚度。
（对于非高层建筑则影响较小此文不再赘述）2、相关的技术探讨在项目设计中，建筑结构形式、建筑的转换层上下的开间变化，都会对结构计算起到影响，因此也需要加以分析。
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。
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
浅析建筑多塔结构确定嵌固部位设计
浅析建筑多塔结构确定嵌固部位设计在高层建筑结构设计中，设计计算软件是不能自动判断嵌固部位的，需要人工设置，以确保计算结果较真实地反映结构的实际情况；在嵌固端确定后，设计中如何实现其成为真正的嵌固端，也有许多环节应该完善，这反映出结构设计人员对理论和规范的理解及运用。
高层建筑一般设有地下室，确定结构的嵌固部位是结构计算模型的一个关键点，把握这个关键点影响到模型与实际受力的符合程度。
嵌固在基础面还是在地下室顶板，由此形成的地震波有较大差别；结构嵌固端决定了各种底层放大系数的应用部位和各种构造措施的实施位置，可以说结构计算首先从嵌固考虑。
本文介绍的苏州保利“苏地2009-B-97（1）地块”工程项目，结构设计是以地下室顶板为嵌固层进行设计计算。
下面谈谈设计过程中的一些相关因素考虑：1.根据工程特点确定结构计算嵌固部位的设计考虑本工程结构布置为底部大地下室（层高：3.85米），上部多塔（14个塔楼，为20至29层），塔楼层高：首层5.5米，标准层3.1米；塔楼地下室与车库形成一个整体大空间，地下室顶面无开大洞，塔楼与车库层高有差异（二者顶板高差1.2米）。
这种以地下室相连，上部多个结构单元的建筑，如果采用以地下室顶板作为上部结构的嵌固部位建模计算，则上部各结构单元可以单独计算，这样的设计考虑能简化设计计算模型。
因为嵌固端之所以为嵌固，是其满足转角位移和平动位移均为零，并将上部结构的剪力全部传递给地下室结构。
从规范要求、抗震性能及工程造价等方面看，这是最合理的选取。
如果选在基础顶部，与主楼相连的地下车库在抗震计算中就会变成地上一层；由此，则会增加计算层数，令主楼的计算高度增加；那么，在下一步的结构抗震计算调整中就减少了调整的余地，也会使得主楼含钢量有所增加（主楼的计算高度越大这些影响越显著）。
考虑到车库的梁、柱配筋增加将提高其含钢量（或令柱子截面过大），从而造成车库的使用功能下降，所以嵌固部位不适宜选在基础顶部。
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。
浅谈高层建筑结构嵌固端部位的选取
性和准 确性 。因此 正确选 取嵌 固部位 并对 其结 构布置 和配 筋构 刚度 的 ０ ５倍。 地下室嵌 固部 位结 构应 能承受 上部结 构屈 服超 ． ” 造以及其他构造措施 等方 面给予一定 的必 要保障 ， 是结构 设计 的 强引起 的内力及 地下 室本身 的地 震作用 。规 范提 供 了三种楼 层
浅 谈 高 层 建 筑 结 构 嵌 固 端 部 位 的 选 取
陈 炜 琴
摘 要 ： 绍 了嵌 固部位 的概 念 ， 介 分别 阐述 了高层建 筑结构不 同情 况下嵌 固部位 选取 的条件及 刚度 比要 求 ， 并针对 由此
引 申 出的 若 干 相 关 技 术 问题 进 行 了探 讨 ， 保 障 高层 建 筑 结 构 布 置 及 配 筋构 造 的合 理 性 。 以
式 、 面高差 等因素设置 了沉 降缝 而将结构 分成 了相 对独立 的三 小于 ０ ２ ％。３ 地下一层 柱截面 每侧纵 向钢筋不应 小 于地 上一 立 ．５ ） 个单元 ， 内外高差 ６ ０ 室 ０ 。综合考 虑选 取地下 室顶 板作 为上部 结 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
第３ ７卷 第 １ ９期 ２０ １ １年 ７ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ Leabharlann Ｖｏ． ７ Ｎｏ ９ １３ ．１
Ｊ１ ２ １ ｕ． ０ １
・３１ ・
文 章编 号 ：０ ９ ６ ２ （ ０ １ １ —０ １０ １０ —８ ５ ２ １ ） ９０ ３ —２
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嵌固端的位置选取对高层建筑地震作用及用钢量的影响【摘要】本文总结了高层建筑嵌固端应满足的条件，运用pkpm 结构设计分析软件对某实际工程进行计算分析，揭示嵌固端位于不同位置对结构地震计算及工程用钢量的影响，通过对比分析，根据经济性原则选取嵌固端的合理位置。
【关键词】嵌固端；地下室；高层建筑
1.前言
高层建筑的嵌固端就是预期塑性铰出现的部位，确定嵌固部位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。
结构设计中，对于具有两层地下室的高层建筑，一般可以将嵌固部位设置在地下一层顶板处，也可以将其设置在地下一层底板（地下二层顶板）处，或者是基础顶处。
对于一个工程来说嵌固端究竟设置在何处，都应该由地下室结构的楼层侧向刚度与相邻上部结构楼层侧向刚度之比等条件来确定。
规范规定地下一层顶板作为上部结构的嵌固部位时，应满足：
（1）对于地下一层侧向刚度与地上一层楼层侧向刚度的比值，各规范中的规定稍有不同。
其中，《高层建筑混凝土结构技术规程》第5.3.7条规定：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；《建筑抗震设计规范》6.1.14条第2款规定：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；《建筑地基基础设计规范》第8.4.25条第一款规定：当地下一层顶板作为上部结构
嵌固部位时，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。
因此当结构地下一层与地上一层的侧向刚度比值难以达到2倍时，可以按1.5倍执行。
（2）地下一层的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%。
（3）地下室外墙和内墙边缘的板面不应有大洞口，以保证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。
（4）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，且地下一层柱上端节点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。
（5）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。
当嵌固端选取在地下一层底板处时，应满足的条件为：
（1）地下一层楼层的侧向刚度应大于地上一层楼层的侧向刚度；地下二层的楼层侧向刚度应大于地下一层的楼层的侧向刚度，地下二层楼层的侧向刚度不应小于地上一层楼层侧向刚度的2倍（或1.5倍）。
（2）地下二层顶板的开洞限制、板厚、板的混凝土强度等级、板、梁、柱、墙的配筋等要求均与地下一层顶板作为嵌固部位时的
要求相同。
当嵌固端选取在基础顶时，楼层侧向刚度满足普通楼层侧向刚度要求即可（《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2.规定：框架结构中楼层与相邻上层的比值不宜小于0.7，与相邻上部三层刚度平均值的比值不宜小于0.8；剪力墙结构中本层与其相邻上层的比值不宜小于0.9）。
在地震作用计算中，对于嵌固端以下的部位是不计入地震作用计算的，因此嵌固端选取在不同的位置，不仅影响嵌固端相邻上下层计算及配筋构造，还将影响到整个结构体系的计算及配筋要求。
本文针对一实际工程就嵌固端分别选取在地下一层顶板、地下一层底板及基础顶面三种形式，运用pkpm结构设计分析软件计算，对底层地震剪力及整个工程的用钢量加以比较分析，优选出本工程嵌固端的最佳位置。
2.工程概况
本工程为地下2层，地上18层，室内外高差0.45m，结构总高度为56.150m的剪力墙结构，筏板基础。
结构分析参数见下表（一），表（二）。
由表（二）可以看出，地上一层层高为4.470m，地下一层层高5.150m，两者相差不大。
当嵌固端选取在地下室顶板处时，需要通过增加地下室剪力墙墙肢数或剪力墙墙肢长度来提高地下一层楼
层抗侧刚度，或者减少地上一层楼层抗侧刚度以满足嵌固侧向刚度要求。
对于本工程来说，由于结构整体计算需要，无法减小地上一
层的楼层刚度，因此只能采取第一种方法。
由表（二）可知地下一层层高为5.150m，地下室二层层高为4.400，为满足结构嵌固侧向刚度要求，需要增加剪力墙，由于地下室二层作为汽车车库车位的限制，此工程不再考虑该种嵌固方法。
当嵌固端设在基础顶时，楼层侧向刚度只需满足普通楼层的侧向刚度要求即可，因此，地下室部分相对于地上部分，无需再增加剪力墙。
采用pkpm进行计算分析，两种不同嵌固方式的底层地震剪力和结构用钢量见表（三）。
由表（三）可见，嵌固端位于地下一层顶板处时，结构承受地震作用较小，用钢量较低，因此优选此嵌固方案。
3.结论
（1）随着嵌固端的下移，结构底部地震剪力增大，即地震作用增大。
（2）对于本工程来说，嵌固于地下一层工程用钢量较小，基于经济性的原则，优选此种嵌固方法。
在其他工程中，设计人员应根据工程的实际情况，优选出结构比较合理的嵌固位置。
（3）嵌固端的正确选取是正确计算、保证结构安全的前提，在结构设计中，要严格遵照规范关于嵌固端的要求。
参考文献：
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