1、引言

高層建筑在進(jìn)行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著(zhù)各種不同情況，如不設地下室但基礎埋深較大；沒(méi)有地下室但其層數或多或少，且基礎形式不同等。根據以上情況正確選取其結構嵌固端，是高層建筑結構計算模式中的一個(gè)重要假定，它不僅關(guān)系到結構中某些構件內力分配的準確性，而且還影響結構產(chǎn)生側移的真實(shí)性，以及結構局部的經(jīng)濟性，因此有必要對結構嵌固端的選取作進(jìn)一步探討，并由此引伸出若干相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。

　　2、結構嵌固端的條件

高層建筑的結構嵌固端通常是選擇在地面標高處，但地面標高處要真正成為結構嵌固端是有條件的，而且在輸入首層計算高度時(shí)還有許多講究。

　　2.1設有地下室時(shí)的條件

（1）地下室頂板標高與室外地坪的高差不能太大，極端的情況如半地下室則首層樓面一般不能成為結構嵌固端，除非其高差僅為1—3級臺階高度時(shí)才可能考慮；

　�。�2）地下室頂板結構應為梁板體系（即不可設計成無(wú)梁樓蓋），且該層樓面不得留有大孔洞，樓面框架梁的抗彎剛度要足夠大，樓板也要有相當厚度；

　�。�3）地下室側壁要有良好的側限，即必須與“地球”有良好的接壤，上述半地下室頂板不能成為結構嵌固端的原因就是不滿(mǎn)足此條件。

　　對于上述條件中對首層樓面框架梁的要求，假設滿(mǎn)足《抗震規范》第6.1.14條“位于地下室的梁柱節點(diǎn)左右梁端截面實(shí)際受彎承載力之和不宜小于上下柱端實(shí)際受彎承載力之和”的要求，對于高層建筑來(lái)說(shuō)，由于首層處的柱截面往往遠大于框架梁截面，故即使有意增大框架梁截面并增加抗彎鋼筋用量，上述要求仍很難滿(mǎn)足。就此要求而言，則只有多層或小高層建筑才有可能以首層頂板作為結構的嵌固端，而真正意義的高層建筑則完全排除了這種可能性。

　　2.2不設地下室時(shí)的條件

高層建筑不設地下室通常是針對層數有限的小高層，或其基礎持力層較淺的情況，但從抗震角度考慮是不宜提倡的。

　�。�1）不管是采用天然地基基礎或樁基礎，都是以基礎（承臺）面作為結構嵌固端，且必須在該標高處的縱橫方向設置剛度較大的基礎梁加以連結，故首層層高應從基礎面算起；

　�。�2）若基礎（承臺）面標高與首層標高有一定距離而不設基礎梁連結或其剛度過(guò)小，則地面標高處應設有剛性地面來(lái)作為結構嵌固端，首層層高可從地面層算起。若不設剛性地面，則上部結構無(wú)從形成嵌固端，也即結構計算簡(jiǎn)圖不成立，設計上顯然是不允許的。

　　以上列舉的條件無(wú)非是說(shuō)明要成為上部結構的嵌固端，其下部結構必須具有足夠的剛度以保證柱根之間不產(chǎn)生相對位移，且能承受或平衡柱根彎矩。規范中規定“當地下室頂板作為上部結構嵌固部位時(shí)，地下室結構的樓層側向剛度不應小于相鄰上部結構樓層側向剛度的二倍”正是基于這一考慮。

　　3、與嵌固端相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題

　　結構嵌固端的形成或者說(shuō)上部結構對嵌固端的要求，在工程設計中還可引伸出若干相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題及其正確的設計方法，以下將分別探討。

　�。�1）單層地下室

當高層建筑僅設單層地下室且底板采用天然地基筏板基礎或樁一筏基礎時(shí)，通常選擇基礎底板而非首層作為結構嵌固端，這有利于充分利用其基礎的“無(wú)限”剛度，為首層樓面的靈活結構選型創(chuàng )造條件，即使是首層樓面留有大孔洞，或選用無(wú)梁樓蓋結構，都不影響結構計算的準確性。此外，規范規定地下室負一層的抗震等級與上部結構必須一致，以基礎底板作為嵌固端不會(huì )造成地下室結構造價(jià)的提高，反而可能取得較好的經(jīng)濟效益。即使單層地下室底板是以樁為基礎的普通梁板結構，一般情況下仍然取底板處為結構嵌固端，唯一例外的是地下室作為抗爆級別較高的防空地下室時(shí)，其頂板通常具有作為結構嵌固端的剛度，因此可取其作為上部結構的嵌固端，如圖1所示。

　�。�2）投影面積比例

高層塔樓在地下室頂板上的投影面積比例大小對首層作為嵌固端的結構有著(zhù)不同的影響。圖2中當該比例*1時(shí)，若首層樓面符合作為嵌固端的其它條件，則該首層作為結構嵌固端就毫無(wú)疑問(wèn)了，但當上述投影面積比例＜＜1時(shí)，說(shuō)明地下室側限遠離塔樓，塔樓發(fā)生的側向位移將波及首層樓面并使其發(fā)生變形，即使變形量很小，但嚴格說(shuō)來(lái)首層作為嵌固端的剛度必然小于前一種情況，且變形又增大了上部結構側移的計算值，同時(shí)首層骨架構件也會(huì )由于自身的變形而產(chǎn)生附加內力。作為有經(jīng)驗的結構工程師，在實(shí)際設計中都會(huì )根據工程實(shí)際情況予以鑒別并作出相應的結構處理。

　�。�3）大底盤(pán)多塔樓大底盤(pán)

多塔樓大多為商住樓，而且由于商用及居住性質(zhì)不同，對柱網(wǎng)的要求也不同，故通常需設置結構轉換層。當大底盤(pán)的商用部分層數不多（如僅1—2層），且結構轉換層設于大底盤(pán)的屋頂標高處時(shí)，塔樓的嵌固端就可考慮取在大底盤(pán)的屋頂處，至少在塔樓初算時(shí)可以如此假定，如圖3所示。

這一考慮基于以下兩點(diǎn)：

①既然屬大底盤(pán)，其樓層面積肯定大于塔樓的投影面積，加上大底盤(pán)屋頂設置轉換層，故大底盤(pán)的樓層平面剛度遠大于塔樓的樓層剛度；

②轉換層之上通常為剪力墻、部分短肢剪力墻或異形柱一短肢剪力墻結構，為使轉換層上下部的側向剛度相近，大底盤(pán)部分肯定要將原位剪力墻增厚或增加新的剪力墻，從而使塔樓下的大底盤(pán)部分具有足夠的側向剛度。目前高層建筑結構計算軟件的功能已較為完善，因此大底盤(pán)多塔樓建筑均以整體結構進(jìn)行計算，其嵌固端也不像結構初算階段選擇在大底盤(pán)屋頂標高處。

　�。�4）高層建筑的基礎埋深

在研究探討高層建筑的結構嵌固端時(shí)，必然牽涉到其基礎埋深問(wèn)題，高層建筑基礎要具有一定的埋置深度，首先是為了保證結構的整體穩定（包括抗滑），其次有利于減弱地震反應。規范對高層建筑的基礎埋深有一量化規定，即“天然地基或復合地基基礎，可取H/15，樁基礎可取H/18”，但這一規定僅與建筑物的總高H有關(guān)，而與其它因素無(wú)關(guān)。

　　但我們在認真思考后發(fā)現基礎埋深除了與建筑物總高H有關(guān)外，還應與控制高層建筑體型重要指標的高寬比風(fēng)心有關(guān)。如兩棟建筑物的高度量相同，但其高寬比H/B分別為5.0和2.5，顯然H/B值較小者整體穩定性更高，若采用相同的基礎形式，則階B值較大者其基礎埋深應更大。換言之，基礎埋深對H／B較大者應偏于嚴格，而對H／B較小者則可略為放松，不宜作相同處理甚至反其道而行之，否則就違背了基礎需一定埋深的原則。除了高寬比H／B外，基礎埋深還應與高層建筑的裙房底座寬度、地下室底盤(pán)寬度等因素有關(guān)，對地下室面積僅為塔樓投影面積者應偏于嚴格，相反對沒(méi)有裙房或地下室面積大于塔樓投影面積者則可略為放松。

　�。�5）首層樓面的活載

作為結構嵌固端的首層樓面（地下室頂板），其正常使用時(shí)的活載一般不太大，即使作為商業(yè)用途，其活載也僅為3.5kN／m2，但設計中要考慮施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的施工荷載，對于首層梁板構件取活載8.0—10.0kN／m2則往往是必要的。

　　當高層建筑主體結構建至2層樓面時(shí)，首層地面自然而然就成為理想的施工場(chǎng)所，或用于堆放材料（袋裝水泥、砌塊、搭架鋼腳手架等），或用于鋼筋加工，甚至作為載重汽車(chē)的行駛停放場(chǎng)等，即使是臨時(shí)荷載，其樓面活載也就有必要取較高值（該活載值僅作用于該層梁板，并不需傳給豎向構件的墻柱）。

　　此外，該層樓板配置通長(cháng)面筋，不僅是出于增大剛度的考慮，而且是抵抗混凝土收縮和溫度應力的需要，特別是由于開(kāi)發(fā)商的原因可能導致地下室頂板完成后要裸露一段時(shí)間（從幾個(gè)月到幾年不等），為了防止或減少由于暴曬或暴露時(shí)間過(guò)長(cháng)而產(chǎn)生的裂縫，配置足夠的樓板面筋尤為必要。首層樓面考慮較大的施工荷載，其梁板截面就需較大，有利于滿(mǎn)足首層樓面作為結構嵌固端剛度要較大的要求。

　　4、結束語(yǔ)

在高層建筑結構設計中，無(wú)論選擇哪個(gè)部位作為結構嵌固端，都可以通過(guò)結構計算程序獲得準確的計算結果，但我們期望的是計算結果較真實(shí)地反映結構的實(shí)際情況。為了達到這一目的，結構計算時(shí)輸入正確的參數和數據固然相當重要，但結構嵌固端的確定對結構計算結果的影響也相當大，因此重視結構嵌固端的確定并非微不足道，且在嵌固端確定后設計中如何保證其成為真正的嵌固端，還有許多細節有待研究和完善，這是結構設計人員不能忽視的重要環(huán)節