嵌固部位设计常见问题探讨
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。
嵌固端相关问题个人认知.pdf
一、结构设计如何合理判断复杂情况下结构底部嵌固部位？ 1、概述嵌固端作用和意义 任何结构在进行结构计算分析之前，必须首先合理确定结构 嵌固端所在的位置。
嵌固部位的合理正确选择是结构设计安 全与否的一个重要假定，它将直接关系到结构计算模型与结 构实际受力状态的符合程度，影响到杆件内力及结构侧移等 计算结果的准确性. 所谓“嵌固”部位，物理意义就是此处的水平位移及转角均 为零，实际工程没有绝对的嵌固，只有相对的嵌固；由力学 角度看嵌固端是一个面，从工程抗震概念看应是一个区域， 也就是结构依据概念设计预期塑性铰出现的部位；确定嵌固 但部位可以通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出 现。
如图6.7.1所示计算参数注意事项嵌固部位（戴国莹）基础埋深、钢筋锚固长度的确定，应 与嵌固部位一致。
▲嵌固部位是地震动输入的位置，反应谱法、时程法、 推覆法计算的模型嵌固部位需一致。
▲一般应采取措施满足地下室顶板嵌固， 刚度比可按有效数字控制。
▲可在不影响停车位处设置地下墙体， ▲应利用地下室的隔墙减少地下的偏心。
▲上部结构设计应只取地上模型； 地下室和基础设计可取上下联合模型， 相当于按GB50011-5.2.7条考虑共同工作。
计算参数注意事项嵌固部位例▲ 某工程(裙房4层并略有偏置)，当按上下联合模型计算时，结构平动振型含有明显的次方向分量振型 周期X: Y: T1 2.70s ( 0.88:0.10:0.02 )2 2.66s ( 0.09:0.90:0.01 )3 1.69s ( 0.04:0.04:0.92 )仅取地上模型计算时， 平动振型的次方向分量减小 1 2.55s ( 0.98:0.00:0.02 ) 2 2.50s ( 0.00:1.00:0.00 ) 3 1.64s ( 0.04:0.03:0.93 )为了实际工程计算方便，避免地上与地下整体计算的复 杂性，规范要求地下室顶板作为上部结构的嵌固部位的条件 是：《抗规》6.1.14 -2 地下室顶板作为上部结构的嵌固部位 时，应符合下列要求：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《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.《抗规》和《高规》都有明确的规定，其中一条是: 结构 地上一 层的侧向刚度不宜大于地下一层相关范围侧向刚度 的0. 5 倍。
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。
关于结构设计嵌固端位置的探讨
关于结构设计嵌固端位置的探讨摘要：确定建筑结构嵌固端位置对计算结果的真实性和准确性有较大的影响，正确选取结构嵌固端，不仅影响诸如位移角、基底剪力、刚重比等结构整体指标，而且对结构构件内力分布、配筋等均有影响。
结合规范对嵌固端的计算和相关构造要求，对地下室顶板嵌固条件以及对地下室顶板不嵌固的处理方式进行阐述，同时结合结构设计软件对规范与嵌固端相关的整体指标、构件内力指标与配筋处理等，加深结构设计人员对结构嵌固端相关问题的理解及对实际工程问题的处理能力。
关键词：嵌固端；刚度比；1、前言对于嵌固端是一个老生常谈一个问题，对嵌固端这个概念部分设计人员是比较模糊的，只是机械的参照规范的比值来确定，虽然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相对准确的计算结果，但是我们期望的是计算结果较真实地反映结构的实际情况，从而使结构体系安全合理。
然而选择合理的嵌固部位对结构的安全和经济起着重要的作用，正确选取结构嵌固端是结构设计中的一个重要环节。
高层建筑在进行结构分析计算之前应该先确定结构嵌固端的所在位置，而影响嵌固端位置、嵌固端的选取不仅仅简单是一个计算刚度比的问题，应该属于概念设计的范畴。
2、嵌固端的理解我们通常所说的设计嵌固端即为出现预期塑性铰的部位、并非力学嵌固概念（水平位移、竖向位移和转角均为0），规范多处提及的嵌固端的概念，提出的各种措施均为保证剪力墙或柱在嵌固端以上部位首先发生屈服，对嵌固端以下部位应采取相应的加强措施。
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。
3、地下室顶板满足嵌固端的条件能否作为地上结构的嵌固部位是根据周围的环境条件来判断的，即地下室周围必须有覆土，室内外高差不能太大，这样才能保证地震剪力的可靠传递。
《抗规》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。
嵌固端设计要点
嵌固端概念
四、地下室顶板为什么能做嵌固端 ●有记录强震观测显示：地下室在地震中会产生整体水平位移外，还 会产生一个（很小的）整体转角。这表明两个基本情况：一是地下室 经过剪力墙加强后其变形呈现出与刚体变形相似的特征；其二是地下 结构的转角体现了柔性地基的影响。 ●对有抗震设防要求的高层建筑，基础结构设计中的一个重要原则是， 要保证上部结构在强震作用下能实现预期的耗能机制，要求基础结构 的刚度和强度大于上部结构刚度，逼使上部结构先于基础结构屈服， 保证上部结构进入非弹性阶段时，基础结构仍具有足够的承载力，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。
无梁楼盖的楼板足够厚时，如楼板厚度不小于跨度的1/18时且不小于180mm时， 可认为属于梁板结构。
■ 嵌固端概念 ■ 规范规定
● 抗震规范(GB50011) ● 高层规范(JGJ3) ● 地基规范(GB50007) ● 筏基规范(JGJ6) ● 上海抗规(DGJ08) ● 广东高规(DBJ15)
嵌固端概念
●四周外墙与土层紧密接触、且具有较多纵横墙的箱形基础和带有外 围挡土墙的厚筏基础其特点是刚度较大。能承受上部结构屈服超强所 产生的内力。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 提高了基侧土对地下结构的阻抗和基底土对基础的转动阻抗。 ●既然在强震作用下，四周与土层接触的具有外墙的地下室其变形与 刚体变形基本一致，同时为保证上部结构在强震作用下能实现预期的 耗能机制，要求基础结构的刚度和强度大于上部结构刚度，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， 而在嵌固部位处增加一个大小与柔性地基相同的转角。
GB50011
规范规定
关于建筑结构嵌固端的问题探讨
摘要：嵌固端的合理选取对结构设计的合理性至关重要，文章从嵌固端的概念出发，分析嵌固端的理论要求，另外结合规范条文应证其提出的合理性，最后讨论在设计过程中对于不同情况下嵌固端设置的要求及设计时应采取的构造要求。
关键词：嵌固端；顶板嵌固；刚度比一、结构嵌固端的相关概念结构嵌固端，从字面理解即为结构的嵌固部位。
从内涵上来说对于结构的嵌固端意味着在地震水平作用下，嵌固部位及以下的结构，可能包含地下室，基础等，将随土体一起运动，与土体不产生相对运动，但嵌固端以上结构会与嵌固端及嵌固端以下结构产生相对运动。
从力学概念来说，该运动包含了水平位移及竖向位移，此外还有转角。
二、概念上对于结构嵌固端的要求从概念上出发，结构嵌固端控制的核心要素即为相对运动，相对运动意味着变形。
在力学概念中当某个物体的刚度无限大时，那么这个物体在力的作用下是不会产生形变的，所以从嵌固端的概念上来看，首先就是要控制刚度，只有把刚度控制好了才能限制相对运动或变形。
但是仅限制刚度是否能满足要求呢？答案是否定的。
因为刚体虽为不发生形变的物体，但是是在一定条件下，要么外力小到一定范围，要么刚体足够强，强到很大的外力也无法破坏这个刚体。
控制外力到一个足够小的范围显然是不科学，也是很难实现的，因此，从另一方面来说我们只能把刚体做到足够强，这在客观上是可以实现的，所以，对嵌固端的另外一个要求即为对其强度的要求。
三、规范对嵌固端的相关要求对于在设计中常出现的地下室顶板嵌固的情况，规范上对其作为上部结构嵌固端的基本要求亦是从刚度与强度方面提出的。
（一）限制水平位移及传力连续性从限制水平位移方面来看，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（以下简称高规）中12.2.6条要求地下室外周应采用级配砂石、灰土、砂土作为回填料，并应严格分层夯实，《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中第8.4.24条对其有更加准确的要求—回填时应先清除杂物，在相对的两侧或者四周围同时回填，并分层压实，对回填土的压实系数提出大于等于0.94的要求，而从此条的条文说明里面亦能得到如下信息：回填土的质量能显著影响结构的埋置作用，若无法保证填土和地下室外墙间的紧密联系，将会减弱土对其的约束作用，降低基侧土对地下结构的阻抗。
对嵌固部位及相关规范条文的理解与应用
对嵌固部位及相关规范条文的理解与应用目前结构设计人员对嵌固部位刚度比等问题还没引起足够的重视。
正确理解其精髓是至关重要的。
笔者就此问题与大家讨论一下。
标签：底部加强部位；楼层侧向刚度比高层建筑工程在实际工程中的应用日渐广泛，关于嵌固部位和刚度比等问题结构设计人员应是不陌生的。
怎么正确运用就需要设计人员查阅各个规范条文以指导工作。
不但对其中重要的条款要掌握熟悉，还要正确理解其含义和使用范围，从而避免概念错误，减少设计浪费，防止出现结构安全问题。
下面就几个相关规范条文的理解与应用进行简要阐述：一、结构底部嵌固层是指下端为嵌固部位的楼层：（即嵌固部位的上一个楼层）一般为上部结构的首层。
如果地下室顶板做为嵌固部位时，首层就是结构底部嵌固层。
当地下室顶板不能做为嵌固部位时，可下移至地下二层顶板（或其以下楼层），那么“结构底部嵌固层“为地下一层（或依此类推）。
二、结构底部嵌固层与其相邻上层刚度比仅对“有剪力墙的结构”（框架-剪力墙结构，板柱-剪力墙结构，剪力墙结构，框架-核心筒结构，筒中筒结构等）需要进行结构底部嵌固层与相邻上层的侧向刚度比核算。
见”高规”公式3.5.2-2。
當地下室顶板做为嵌固部位时上部首层（即底部嵌固层）与二层的侧向刚度比宜满足Y2≥1.5。
其它情况可不用满足此要求。
（顺便说一下“楼层侧向刚度”就是指结构自身的刚度）。
应特别注意：此处“结构底部嵌固层与其相邻上层侧向刚度比的要求“与高规第5.3.7条”上结构嵌固部位“的侧向刚度比（是指嵌固部位以下的紧邻嵌固部位的地下室楼层的侧向刚度与上部结构首层的侧向刚度的比值。
当地下室顶板做为嵌固部位时就是地下一层与地上一层的侧向刚度的比值）。
二者在计算部位和公式上均有差异。
因此在进行结构设计时应根据结构特点工程的具体情况及计算部位采用合适的方法。
三、上部结构的嵌固部位也就是塑性铰出现的部位。
在进行结构计算分析之前必须首先确定嵌固端所在的位置。
嵌固部位的正确选取是高层结构计算中的一个重要假定。
关于高层建筑结构嵌固问题
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。
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目录
一、嵌固部位概念 二、嵌固部位的确定 三、嵌固部位的一般要求 四、设计中应注意的问题
嵌固部位概念
一、为Байду номын сангаас么要确定嵌固部位
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吻合程度，涉及到构件的内 力和位移计算。
屈服部位将发生在嵌固部位之上的楼层。
嵌固部位的确定
上部结构嵌固部位的确定 ●按地下结构与地上结构的楼层侧向刚度比来确定上部结 构的嵌固部位，即可依次验算地下二层及以下各层对首层 的楼层侧向刚度比，当满足γ ≥2时，便可确定上部结构的
嵌固部位。
●还应注意，“地下室结构的楼层侧向刚度”指结构自身 刚度，在确定上部结构嵌固部位时，楼层侧向刚度比的计 算中不考虑土对地下室外墙的约束作用。 ●事实上，回填土对地下室结构的约束作用很大，一般情
嵌固部位概念
二、力学概念 嵌固部位从理想意义上说是一个点或一条线，指除能承受 轴力、弯矩、剪力之外， 水平位移、竖向位移及转角位移 均为零的部位。
三、工程概念
●一般的观点是，就在地震作用下的屈服机制而言，嵌固 部位可以认为就是预期竖向构件塑性铰出现的部位（区 域）。嵌固部位节点下的梁柱（板）构件是不产生转动的， 嵌固楼层平面内更不会产生水平位移，地震作用下结构的
嵌固部位的一般要求
一、计算要求 ●地下室顶板不作为上部结构嵌固部位时（以上部结构嵌 固在地下二层顶为例），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（地下一层顶和
地下二层顶）分别计算，包络设计。
二、构造做法 ●地下室顶板为嵌固部位：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
三、南岗惠园地库顶板标高在-1.7m，主楼地下一层顶板、
二层顶板标高分别为±0，-2.7m，考虑地库顶板离主楼地 下二层顶板更近，将主楼的嵌固端放在地下二层顶 。
设计中应注意的问题
●加腋处理
设计中应注意的问题
●暗梁加强处理
影响的地下室总侧向刚度，一般情况下也不会小于上部结
构的3倍。因此地下室顶板处对上部结构的嵌固作用是客观 存在的，是否作为上部结构的嵌固部位，考察的只不过是 这种嵌固作用的强弱问题。无论地下室顶板是否作为上部 结构的嵌固部位，结构设计中均应该考虑地下室顶板处实
际存在的嵌固作用并采取相应的加强措施。
嵌固部位的确定
况下可按地下室结构自身刚度的3-5倍近似考虑。因此，地
下室结构与周围回填土的总刚度要比地下室结构自身的刚
嵌固部位的确定
度大许多。比较可以发现，当地下室顶板作为上部结构的 嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土影响的地下室 总侧向刚度为上部结构的4.5倍以上；而当地下室顶板不能 作为上部结构嵌固部位时，包括地下室结构自身及回填土
嵌固部位的确定
嵌固部位的确定
嵌固部位的确定
土层水平抗力系数的比例系数m A.当该参数填负值时：表示需要约束的地下室层数，程序 对这几层地下室侧向施加原层刚度1000倍的附加刚度，以 达到侧向完全约束的程度，从而使这几层地下室无水平位 移。 B.当该参数填0时：表示地下室侧向没有约束。 C.当该参数填N（N>0）时：该参数可以参照《桩基》规范 表5.7.5的灌注桩项来取值。M的取值范围一般在2.5-100之 间，在少数情况下的中密、密实的沙砾、碎石类土取值可 达100-300。
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％。
嵌固部位的一般要求
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。
●地下二层顶为嵌固部位：地下二层顶做法同顶板为嵌固 部位时顶板的做法。对地下室顶板厚度的要求可降低为不 宜小于160mm，采用双层双向配筋，且每层每个方向的配筋 率不宜小于0.20％。
设计中应注意的问题
一、嵌固部位在地下室顶板是最经济的选择。因为顶板作
为上部结构的嵌固部位时，结构的加强部位明确，地下室
结构的加强范围高度小，结构设计经济性好。 二、由于场地绿化覆土及室外总体的要求，地下室顶板在 室内外存在高差。为确保地下室顶板标高变化处水平力的 有效传递，对室内外交界处常采用加强处理措施。