高层建筑结构嵌固端设计相关问题的研究

韩事成　朱立冬

摘 要：地下室现今越来越多的出现在高层建筑结构当中，对于地下室而言，嵌固端位置的選取至关重要。因此，对于嵌固端相关性研究被日益重视起来。本文将从经济性角度去进行相关研究，并且分析改变地下室层高与混凝土强度等级对嵌固端的影响结果。

关键词：高层建筑；嵌固端；地下室；层高

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.079

1 高层建筑结构嵌固端的选取

高层建筑结构中，所谓的嵌固端就是平常说的固定端，不允许构件在此部位有任何位移。这里的位移在结构力学中是指平面x、y两个方向的位移和围绕此支座的转角；而对应的简支端（边）则允许有转角，但是不能有x、y方向的位移。因此对于高层建筑结构的嵌固端，合理选取其位置是至关重要的。围绕国内外研究人员对于嵌固端相关性的研究成果，本文将从一个新的角度即经济性的方向去研究分析，并且从改变地下室层高与混凝土强度等级的方向去研究对于嵌固端的影响。

国家现行各种规范对于地下室嵌固端进行了相关的规定与要求，这对高层建筑的地下室结构设计起到了规范与指导作用。国家规范的规定如下：

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）中第5.3.7条高层结构整体计算中，当地下室顶板作为嵌固端的时候，地下一层与上一层的侧向刚度之比不宜小于2。

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）中第6.1.14条：

地下室顶板应避免开设大的洞口；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；楼板厚度不宜小于180mm，混凝土的强度等级不宜小于C30，应该采用双层双向配筋，而且每层的每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

2 地下室嵌固端相关经济性分析

当采取多塔结构，对于高层建筑结构中的单层地下室，若改变地下室嵌固端位置则相对于顶板而言则会产生不同的影响。根据第一章相关规范介绍就是嵌固端选取为地下室顶板处时的构造要求。当嵌固端选取在地下室地板时，《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）中第10.6.2条规定多塔结构以及体型收进、悬挑结构，竖向体型突变部位的楼板宜加强，楼板厚度不宜小于150mm，宜双层双向配筋，每层每方向钢筋网的配筋率不宜小于0.25%。体型突变部位上、下层结构的楼板也应加强构造措施。并借鉴《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）第14.3.2条。

从上述构造要求来看，改变嵌固端位置后，顶板处的构造发生改变。当嵌固端选取在底板时，顶板处的构造相对于嵌固端在顶板处时要适当降低。其中，顶板板厚相对降低，同时为了不用满足侧向刚度这个指标，我们就可以不用调整地下室部分的相关混凝土构件去满足要求。因此，就顶板处所受到的荷载情况与配筋情况分析，我们可以得到当地下室嵌固端选取在地下室底板时较与设置在地下室顶板处比较为经济合理。

3 地下室层高改变后对于嵌固端的相关影响

在现今的高层建筑结构设计中，相关设计人员在设置地下室顶板为地下嵌固端位置时，为了满足国家规范对于嵌固端的相关要求，特别是我们必须满足侧向刚度这个十分重要的指标。为了达到侧向刚度的相关要求，设计人员都会在地下室设计时采用各种措施去调整模型（加大钢筋混凝土构件的尺寸、厚度，或者加大剪力墙数量、厚度）。因此，从这些情况出发，本章将考虑在地下室嵌固端选取为地下室顶板时的前提之下，分析改变地下室层高对于侧向刚度的相关影响结果，从较经济、方便的角度去考虑可以很好改变侧向刚度的影响因素。

本章希望通过建立模型去分析效果，模型大致为建立PKPM模型，通过设置地下室层高为5.000m与4.500m这两种不同情况去计算分析。通过相关研究分析，模型建立计算之后，我们得知改变地下室层高后对于侧向刚度的影响较大。地下室层高减小后，地下室与地下室以上一层的侧向刚度比值增大。

4 地下室混凝土强度等级改变后对于嵌固端的相关影响

在高层建筑结构设计当中，设计嵌固端有关侧向刚度的问题时，设计人员有时可能会觉得加大混凝土强度等级会造成地下室所在层的刚度增大。因此，就认为可以满足国家规范对于侧向刚度比的相关要求。本章将从加强地下室所在层混凝土强度等级是否对嵌固端的侧向刚度产生影响的角度出发，通过设计与建立模型，利用软件PKPM去计算分析改变了混凝强度等级后对于侧向刚度的相关影响。

我们利用起软件PKPM建立起一个单层地下室模型，变化就在改变了计算时的混凝土强度等级。本章的模型中，地下室所在层塔楼部分的各种构件所采用的混凝土强度等级为C40，模型建立时改变混凝土强度等级为C45。

结合本节对于侧向刚度比的相关计算结果对比，我们可以观察到改变地下室所在层混凝土强度等级改变后对于侧向刚度这个指标的影响，相对来说影响甚微。

5 结语

在高层建筑结构设计中，必须注意嵌固端的选取，这样才可以更真实、准确的得出工程的计算结果。同时，我们也必须从嵌固端相关影响因素与经济性出发来更好的选取嵌固端位置。我们也同样得知了通过改变地下室层高与地下室混凝土强度等级的作用和效果。因此，对于以后嵌固端的侧向刚度问题，我们有了其他的有效措施去调整。

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