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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，应都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