剪力墙结构嵌固点的选取

李富豪，班 敏

（吉林大学建设工程学院，长春130016）

0 引言

正确选取高层结构嵌固点，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。如果嵌固点可以选在地下室顶板处，不仅可以简化计算模型，减少工作量，而且，可以影响结构的经济性。嵌固点按在地震作用下的屈服机制而言，就是预期塑性铰出现的部位。嵌固分力学嵌固和强度嵌固。其中，力学嵌固是指完全刚性的固定，嵌固点以下刚度无穷大，嵌固点无平动、转动，实现了完全的约束，即所谓的固结。而强度嵌固是指地下室结构以及室外回填土的刚度达到限制结构水平移动的能力，且柱的塑性铰出现在地上一层的下端，而不是出现在梁柱节点两侧的梁上，即强梁弱柱。而地下室是上部结构在地基内的延续，既可为上部结构提供可靠的嵌固，又将上部结构与地下室连接成有机的整体，有效地降低了建筑物的重心，增加了上部结构的稳定性，增强了结构的抗震能力。嵌固点位置的选择与“土的水平抗力系数的比例系数”（m值）和楼层的刚度均有关系，本文将通过剪力墙模型来说明以下几个问题：（1）不同m值，即m分别取－1，－2，0及正数时对嵌固点位置选取的影响；（2）m取值在正数范围内，m值每增加“1”时，使高层地下室刚度提高的大小。（3）从层间侧向位移角和层间侧向位移两个角度分别来说明嵌固点的位置。（4）从层间侧向刚度和层间剪力的比较中进一步说明土所提供力的大小，和m值取为不同值时，计算结果所显示出的不同的含义。

1 工程概况

本模型为长春地区工程实例，结构形式为剪力墙结构，如图1所示，其中，虚线部分为梁布置情况，实线部分为剪力墙布置情况。长春地区地震设防为7度区，基本风压为0.65kN／m2，基本雪压为0.45kN／m2。楼面恒载取为4.5kN／m2，楼面活载取为2.0kN／m2，楼板厚为100mm，梁上均布荷载为6kN／m，本模型共44层（其中地下室2层，地上42层），层高均为2.9m。

图1 剪力墙结构模型

2 计算结果

应用PKPM软件在PMCAD中将对上面模型（剪力墙结构）进行分析，并在软件SATWE中得出 如下计算结果（表1～表4）：

表1 X方向层间位移角

表2 Y方向层间位移角

表3 X方向侧向刚度

3 结论

（1）通过表1、表2可知：对于剪力墙结构，当m值为任何值时，均无法将嵌固点选在地下室顶板处。m＝30与m＝－1情况相同。

（2）通过表3、表4可知：对于剪力墙结构，m值每增加“1”，对结构产生的附加侧向刚度在同层情况下，得数基本相同，即所提高刚度与剪切刚度大小成正比，比值为1.39；不同层情况下，相同剪切刚度时，提高的比例非线性增加，与深度有关。因此可知，刚度的增加值大小与深度和结构刚度有关。

（3）我们也可通过计算层间位移的方法来说明嵌固点的位置，这里以x向为例，由软件计算出的地震剪力与侧向抗剪刚度之比可得表5，通过表5可知：当m＝－2时，层间位移在2、3层处（即地下1层顶板处）有位移突变，由此可知，我们应当在此做主要加固措施，同时，在相同条件下，此处也是最容易出剪力塑性铰的地方；而在m取为其他值时，位移突变基本在1、2层处（即地下2层顶板处），从而在此最容易出剪力塑性铰。因此，我们可以得出：在m值取为－2时，剪力墙结构嵌固点可以选在地下1层顶板处（与SATWE说明书中的假设相同）；在m值取为其他时，地下室顶板处不可以作为嵌固点。

表5 X向层间位移（Vx／Kx）

续表5

（4）从结果中分别提取结构剪力和侧向刚度值制成表6和表7（这里仍以x向为例）。通过表6和表7的比较中我们可以看出：在m值取为正数，由m分别取为0和3时剪力之差，可知土所承受的力，由此可知，对剪力墙而言，当m值每增长单位“1”时，其实土所提供的力非常少，而其提供力的大小也可在表7中其所提供的刚度大小显现出来。但在比较m取为－2和取为0时，我们可以发现：x向侧向剪力相较于m取为0时减少得少，而x向侧向刚度却有很大的增加，不成比例。这里，笔者认为由于在m取为－2时，软件中定义的为地下室2层可以看作为刚体，而结构层间位移角为0，因此，计算书中在这里所显现出来的侧向剪力应均为图所提供的剪力，而结构本身所提供的剪力为0。这样假设后，与刚度增加仍与正数部分相同，成正比。

表6 X向侧向剪力

表7 X向侧向刚度

［1］GB 50011—2001，建筑结构抗震规范［S］.

［1］JGJ3—2002，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［3］李凤江.带地下室的框架结构固定端位置的选取［J］.工业设计与研究，2000（2）：29－33.

［4］朱兆晴.高层建筑结构设计计算中的若干问题［J］.建筑科学，2006，22（2）：78－80.

［5］李云贵.上部结构与地下室共同工作分析及地下室设计在SATWE中的实现［J］.建筑结构学报，2005，26（1）：114－118.

［6］吴英光，李华亭.高层建筑地下室设计与受力分析［J］.地基与基础，2006，34（186）：37－41.

［7］赵西安.高层结构设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，1995：98－1182.

［8］刘光海.高层建筑抗震设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，1993：95－185.

［9］董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础——共同作用理论与实践［M］.上海：同济大学出版社，1997.

［10］韩维良.高层建筑地下室设计探讨［J］.青岛建筑工程学院学报，1997，18（4）：10－15.

［11］许崇伟，黄琴勇 .层高突变对高层建筑楼层刚度的影响及其对策 ［J］.建筑科学，2006，22（4）：16－22.

［12］张元坤.高层建筑结构嵌固端选取及相关技术［J］.广东土木与建筑，2002（2）：2－4.

［13］丛潜黎.高层建筑结构嵌固端选取及相关问题［J］.林业科技情报，2005，37（2）：28－30.