高層建筑結(jié)構(gòu)底部嵌固部位的討論

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結(jié)構(gòu)底部嵌固部位是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，HiStruct讀過(guò)張維斌總工的一些觀點(diǎn)，覺(jué)得相當(dāng)不錯(cuò)，整理出來(lái)與大家探討交流。
高層建筑一般都帶著多層地下室，而在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前必須確定結(jié)構(gòu)的嵌固部位，該嵌固部位的正確選擇是高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際受力狀態(tài)之間的符合程度，涉及到構(gòu)件的內(nèi)力和位移計(jì)算。那么什么是嵌固部位呢？一般的觀點(diǎn)是嵌固部位可以認(rèn)為就是預(yù)期豎向構(gòu)件塑性鉸出現(xiàn)的部位（HiStruct注：有些人認(rèn)為嵌固層應(yīng)滿足剛度的要求，即嵌固層的位置不影響整理結(jié)構(gòu)的周期和位移等，這樣的觀點(diǎn)對(duì)于高層建筑而言實(shí)際上非常難滿足）。嵌固層部位分析和選擇涉及到的一些問(wèn)題具體包括：
一、地下室的建筑宜將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室頂板，此時(shí)應(yīng)滿足下列條件：1) 地下室頂板與室外地坪的高差不能太大，一般宜小于本層層高的1/3。（HiStruct注：假如高差過(guò)大，那么其實(shí)相當(dāng)于此處存在一個(gè)錯(cuò)層，這對(duì)于水平力的傳遞非常不利）2) 地下室頂板應(yīng)為梁板體系，樓面框架梁應(yīng)有足夠的抗彎剛度，地下室頂板的梁截面實(shí)際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實(shí)際的承載力之和。（HiStruct注：對(duì)于一般高度的高層建筑而言，這一點(diǎn)或許可以實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于較高的高層建筑而言，這一點(diǎn)很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹芏嗍禽S壓比控制了尺寸，而非實(shí)際的承載力，這一點(diǎn)對(duì)于超高層建筑而言，根本無(wú)法滿足）3）地下室結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)保證地下室頂板及地下室各層樓板有足夠的平面內(nèi)整體剛度和承載力，能將上部結(jié)構(gòu)的地震作用傳遞到所有的地下室抗側(cè)力構(gòu)件上，為此地下室頂板的厚度不宜小于180mm，且該層樓面不得留有大洞，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得小于C30，并應(yīng)雙層雙向配筋，每個(gè)方向每層配筋率不小于0.25%。（HiStruct注：實(shí)際上塔樓的水平力傳遞一般不會(huì)到所有的地下室抗側(cè)力構(gòu)件，比如大概45度錐體范圍內(nèi)的構(gòu)件能共同作用才是最關(guān)鍵的，這個(gè)范圍內(nèi)的稍大開(kāi)洞都必須根據(jù)傳力途徑做剩余樓板承載力復(fù)核）4) 地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受上部結(jié)構(gòu)屈服超強(qiáng)及地下室本身的地震作用，地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。一般情況下，地下室外墻可參與地下室樓層剪切剛度的計(jì)算，但是當(dāng)?shù)叵率彝鈮嚯x上部塔樓太遠(yuǎn)時(shí)，則在確定結(jié)構(gòu)底部嵌固部位時(shí)，則不宜考慮其參與樓層剪切剛度的計(jì)算。5) 地下室柱截面每側(cè)配筋面積除應(yīng)滿足計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積，地下室剪力墻的配筋也不應(yīng)少于地上部分。6) 上部為多塔且地下室連成一片時(shí)，應(yīng)滿足兩條：（a）大底盤地下室的整體剛度與上部所有塔樓的總剛度之比應(yīng)滿足2倍的要求。（b）每棟塔樓范圍內(nèi)（可取塔樓向周邊外擴(kuò)45度范圍）的地下室樓層剪切剛度與相鄰上部塔樓的剪切剛度之比不小于1.5。（HiStruct注：這雖然不是規(guī)范規(guī)定的方法，但是也是被默許采用的方法，實(shí)際上有待商榷，見(jiàn)最后的補(bǔ)充說(shuō)明）
二、若由于地下室大部分頂板與地面高差較大，開(kāi)大洞，或地下一層為車庫(kù)墻體很少等原因，造成剪切剛度比計(jì)算不能滿足頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固部位的剛度計(jì)算要求時(shí)：1) 可以將結(jié)構(gòu)嵌固部位置于地下一層底板，此時(shí)除了應(yīng)滿足上面所提到的條件外，還必須滿足下列條件：（a）地下一層的樓層剪切剛度應(yīng)大于地上一層的樓層剪切剛度；（b）地下二層的樓層剪切剛度應(yīng)大于地上一層的樓層剪切剛度的2倍。
三、HiStruct補(bǔ)充一些說(shuō)明1）嵌固層部位的選擇還涉及到地震能量的大小，假如地下室有20米深，那么嵌固在地面與嵌固在基礎(chǔ)底板上，實(shí)際地震波是不一樣，嵌固在基礎(chǔ)時(shí)地震波比較小，因?yàn)榈卣鸩ㄊ且粋€(gè)逐漸放大的過(guò)程，但是此時(shí)結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量又大，因此很難權(quán)衡嵌固在哪里計(jì)算更合適。實(shí)際上很多較高的高層建筑的底部嵌固情況都是界于地面和基礎(chǔ)之間的，因此對(duì)于有些重要的項(xiàng)目，經(jīng)常取不同的嵌固層都計(jì)算進(jìn)行包絡(luò)和偏保守設(shè)計(jì)，并且整個(gè)構(gòu)造都是要考慮的。2）關(guān)于梁柱承載力的設(shè)計(jì)要求，為了保證嵌固層處實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”的塑性鉸破壞機(jī)制要求，需要梁設(shè)計(jì)的非常巨大，而對(duì)于很高的樓而言由于柱子太大（小偏壓），這個(gè)承載力條件一般滿足不了，因此光從剛度比一個(gè)角度來(lái)評(píng)價(jià)和確定嵌固層是不夠的，合理的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該要考慮相對(duì)承載力的影響。