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摘要：随着我国经济社会的发展以及城市建设的进程，城市用地非常紧张，因此现在很多大城市都会采取建设高层建筑的方法来缓解土地紧张的问题。本文主要对高层建筑结构设计中地下室嵌固作用进行了简要分析。
关键词：高层建筑；地下室；嵌固作用
中图分类号：TU97文献标识码： A
引言
随着我国经济社会的发展，高层建筑发展也非常迅速。然而，高层建筑上部荷载大，基础埋置比较深，因此地下室的嵌固作用对建筑物的正常使用与造价上有着非常重要的影响。所以对于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的问题我们要作为重要问题进行研究。
一、嵌固层简介
嵌固层，是以一个坚硬、稳定，可以牢固握裹住上部结构的一个刚体，比如旗杆下面的台座等。在建筑结构设计中嵌固端：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，所以嵌固层的作用是能限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移，并能将上部结构的剪力全部或大部传递给下部结构，使上部结构竖向构件的塑性铰出现在竖向构件的根部。
通常在结构设计中，较为普遍的是取建筑物的地下室作为上部结构的嵌固端。事实上，在建筑结构中，由于各种工程项目的不同，地下室的实际状况亦有所不同，比如地下室顶扳与室外地面的高差大于1／3的地下室层高；又比如因为工程需要，在地下室顶板上开设大洞口等，这时，地下室顶板就不能作为上部结构的嵌固层，而应调整嵌固位置；即使地下室在形态上满足作为上部结构嵌固层的条件，还必须满足地下室的楼层侧向刚度大于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍这个最重要的条件。
二、高层建筑结构设计地下室嵌固的主要作用
高层建筑基础回填土回填至结构的某个部位,能保证地下室部分基本上无水平位移,则视为水平嵌固.该层即为嵌固层，其作用是能限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移，并能将上部结构的剪力全部或大部传递给下部结构，使上部结构竖向构件的塑性铰出现在竖向构件的根部，这就要求作为嵌固端的下部结构必须具有较大的侧向刚度，以保证事实嵌固端的形成。
1、嵌固水平位移法
嵌固水平位移法即通过考虑地下室水平位移的侧向嵌固来考虑回填土的约束作用。主要涉及到地下室结构与相邻上部结构楼层的侧向刚度比。侧向刚度的计算主要有三种方法：（1）地震剪力与地震层间位移比。是一种与外力有关的计算方法，规范中规定的不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层剐体转动位移。（2）剪弯刚度。本质上就是单位力作用下的层间位移角，所以其刚度比也就是层间位移角之比。它虽然能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没并有考虑上下层对本层的约束。
2、结构软件对地下室结构的处理方法
做上部的结构的具体计算的时候，要先确定嵌固的位置，因为位置影响着基础的弯矩，这对整个结构的设计和基础的分析设计都是很重要的，而且和建筑的安全和质量息息相关，嵌固位置的准确关系着计算模型和最终的受力情况的符合规则。在实际工程设计中，经常运用SATWE有限元软件进行结构计算，主要可采用以下三种方法考虑嵌固端的选取问题：（1）以地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为0这样的方式没有对地下土体对整个地下室侧面的嵌固作用的影响进行考虑，从而增加了计算的高度，使得模型和实际的状况有不同，一般都不适用。（2）取地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为2～4，一般取3。这种方法对地下室外的土压力有一定的考虑，但是由于土堆地下室的约束作用的影响因素十分复杂，难以确定具体约束作用的大小，这种方法虽不够精确，但是相比前一种方法稍好，也是目前工程界应用最多的方法。（3）取地下室嵌固端在地下室顶板处，地下室结构与上部结构分开计算，或者整体计算。但是相对刚度比取5或者更大这种方法地下室相对于水平位移和竖向位移完全被嵌固，导致结构的刚度有所增加，从而与实际情况有所差异。
3、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的具体需求
虽然嵌固端的选择很关键，一旦选定了嵌固的位置之后，如何保证其成为真正的嵌固端也是设计人员所关心的重要问题。我国相关条例规定了地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时的有关要求。（1）楼板厚度不宜小于180㎜。（2）混凝土强度等级不宜小于C30，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）頂板不宜开大洞。
地下室侧向刚度与上部楼层结构侧向刚度比对地下室嵌固作用的大小有很大的影响。通过建立规则框架模型，改变地下室结构的侧向刚度，分析结构的动力、内力和变形特性。当侧向刚度大于2时，考虑地下室回填土作用与不考虑地下室回填土的约束作用误差比较明显，当侧向刚度比大于2时，两种建模方式计算结果相对误差较小，说明此时地下室建模是否嵌固对结构性能计算结果影响不大，验证了规范规定当地下室侧向刚度与上部结构侧向刚度比大于2的条文规定。
三、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求
根据建筑的抗震相关设计规范的有关规定，高层建筑的地下室，在满足了一定的条件之下，地下室的顶板能够作为高层建筑的上部结构的嵌固端。在进行地下室高层建筑嵌固位置的确定时，需要特别注意以下几点：
1、地下一层结构的侧向刚度，规范中要求其比例不能小于2，但高层建筑的地下室嵌固部位，在满足一定条件后，其与相邻上部结构的侧向刚度比可以为1.48。其中，结构层的侧向刚度可以近似按照等效的剪切刚度来计算。
2、还应特别注意其中侧向刚度需达到两倍这一要求，这可以将其理解成满足有效数字的2倍，也就是说，地下室结构楼层的侧向刚度应大于或等于相邻的上部楼层的侧向刚度的2倍。同时还应该注意，地下室的结构楼层的侧向刚度是指结构本身的刚度，地下室的外墙约束的作用不在此考虑之内。
3、需选用现浇梁板的结构，它的楼板厚度不能小于180毫米，混凝土的强度等级应当不低于C30；配筋必须采用双向双层的方式，同时对配筋和楼板的厚度以及楼盖的结构形式要提出详细的要求。而相对于梁板的结构来说，无梁的楼盖结构，其平面外的刚度很小，很难满足刚性楼板的假定基本要求，所以，地下室的顶板，其主楼的范围和与其相连的裙房地下室的顶板相应范围，应当采取浇梁板的结构。没有地上结构地下室顶板的其他位置，可以采取无梁的楼盖结构。
4、当建筑的地下室是单层的时候，其结构的嵌固端应为基础底板。这样就能够将基础的“无限刚”的假定充分利用，也能为第一层楼面的造型灵活创造有利的条件，即使有大的改动存在于首层的楼面，或者采取无梁的楼盖，这些都不会对计算的准确性产生影响。但是，当地下室被作为级别较高的抗爆防空的地下室时，它的墙体和顶板一般具备当做结构的嵌固端的刚度，这时，就可以把它当做上部结构的嵌固端来利用。
5、当嵌固于地下室的顶板无法满足相关要求时，可以按照嵌固于基础的顶部进行设计。而B级高度的高层建筑不应该嵌固于基础的顶部，并且在进行地下室结构设计时，可以不用考虑到地下室结构的水平地震作用的降低系数。
结束语
总而言之，高层建筑上部分的负荷大，基础设埋的深，所以地下室的嵌固作用就是很重要的，直接关系着建筑的质量和安全问题，所以做好地下室的嵌固结构很重要，正因为其内部的复杂和依旧存在的问题，所以结构的设置更是值得人们研究和分析，只有更好的设计准确的把握嵌固结构模型的计算和分析，才能更好的采取适当的措施，保证了建筑的质量经济和最终的安全。
参考文献
[1]赵鹏,王新.浅议多层及高层地下室结构设计[J].甘肃科技纵横.2010.
[2]张剑锋.高层建筑地下室结构设计浅析[J].城市建设，2010.
[3]常丽华．高层结构嵌固端的选择与抗震性能分析[J].山西建筑2010.
关键词：高层建筑；地下室；嵌固作用
中图分类号：TU97文献标识码： A
引言
随着我国经济社会的发展，高层建筑发展也非常迅速。然而，高层建筑上部荷载大，基础埋置比较深，因此地下室的嵌固作用对建筑物的正常使用与造价上有着非常重要的影响。所以对于高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的问题我们要作为重要问题进行研究。
一、嵌固层简介
嵌固层，是以一个坚硬、稳定，可以牢固握裹住上部结构的一个刚体，比如旗杆下面的台座等。在建筑结构设计中嵌固端：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，所以嵌固层的作用是能限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移，并能将上部结构的剪力全部或大部传递给下部结构，使上部结构竖向构件的塑性铰出现在竖向构件的根部。
通常在结构设计中，较为普遍的是取建筑物的地下室作为上部结构的嵌固端。事实上，在建筑结构中，由于各种工程项目的不同，地下室的实际状况亦有所不同，比如地下室顶扳与室外地面的高差大于1／3的地下室层高；又比如因为工程需要，在地下室顶板上开设大洞口等，这时，地下室顶板就不能作为上部结构的嵌固层，而应调整嵌固位置；即使地下室在形态上满足作为上部结构嵌固层的条件，还必须满足地下室的楼层侧向刚度大于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍这个最重要的条件。
二、高层建筑结构设计地下室嵌固的主要作用
高层建筑基础回填土回填至结构的某个部位,能保证地下室部分基本上无水平位移,则视为水平嵌固.该层即为嵌固层，其作用是能限制上部结构在水平方向的平动位移和转动位移，并能将上部结构的剪力全部或大部传递给下部结构，使上部结构竖向构件的塑性铰出现在竖向构件的根部，这就要求作为嵌固端的下部结构必须具有较大的侧向刚度，以保证事实嵌固端的形成。
1、嵌固水平位移法
嵌固水平位移法即通过考虑地下室水平位移的侧向嵌固来考虑回填土的约束作用。主要涉及到地下室结构与相邻上部结构楼层的侧向刚度比。侧向刚度的计算主要有三种方法：（1）地震剪力与地震层间位移比。是一种与外力有关的计算方法，规范中规定的不仅包括了地震力产生的位移，还包括了用于该楼层的倾覆力矩产生的位移和由于下一层的楼层转动而引起的本层剐体转动位移。（2）剪弯刚度。本质上就是单位力作用下的层间位移角，所以其刚度比也就是层间位移角之比。它虽然能同时考虑剪切变形和弯曲变形的影响，但没并有考虑上下层对本层的约束。
2、结构软件对地下室结构的处理方法
做上部的结构的具体计算的时候，要先确定嵌固的位置，因为位置影响着基础的弯矩，这对整个结构的设计和基础的分析设计都是很重要的，而且和建筑的安全和质量息息相关，嵌固位置的准确关系着计算模型和最终的受力情况的符合规则。在实际工程设计中，经常运用SATWE有限元软件进行结构计算，主要可采用以下三种方法考虑嵌固端的选取问题：（1）以地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为0这样的方式没有对地下土体对整个地下室侧面的嵌固作用的影响进行考虑，从而增加了计算的高度，使得模型和实际的状况有不同，一般都不适用。（2）取地下室底板作为嵌固端，取相对刚度比为2～4，一般取3。这种方法对地下室外的土压力有一定的考虑，但是由于土堆地下室的约束作用的影响因素十分复杂，难以确定具体约束作用的大小，这种方法虽不够精确，但是相比前一种方法稍好，也是目前工程界应用最多的方法。（3）取地下室嵌固端在地下室顶板处，地下室结构与上部结构分开计算，或者整体计算。但是相对刚度比取5或者更大这种方法地下室相对于水平位移和竖向位移完全被嵌固，导致结构的刚度有所增加，从而与实际情况有所差异。
3、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的具体需求
虽然嵌固端的选择很关键，一旦选定了嵌固的位置之后，如何保证其成为真正的嵌固端也是设计人员所关心的重要问题。我国相关条例规定了地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时的有关要求。（1）楼板厚度不宜小于180㎜。（2）混凝土强度等级不宜小于C30，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）頂板不宜开大洞。
地下室侧向刚度与上部楼层结构侧向刚度比对地下室嵌固作用的大小有很大的影响。通过建立规则框架模型，改变地下室结构的侧向刚度，分析结构的动力、内力和变形特性。当侧向刚度大于2时，考虑地下室回填土作用与不考虑地下室回填土的约束作用误差比较明显，当侧向刚度比大于2时，两种建模方式计算结果相对误差较小，说明此时地下室建模是否嵌固对结构性能计算结果影响不大，验证了规范规定当地下室侧向刚度与上部结构侧向刚度比大于2的条文规定。
三、地下室顶板作为上部结构嵌固部位的要求
根据建筑的抗震相关设计规范的有关规定，高层建筑的地下室，在满足了一定的条件之下，地下室的顶板能够作为高层建筑的上部结构的嵌固端。在进行地下室高层建筑嵌固位置的确定时，需要特别注意以下几点：
1、地下一层结构的侧向刚度，规范中要求其比例不能小于2，但高层建筑的地下室嵌固部位，在满足一定条件后，其与相邻上部结构的侧向刚度比可以为1.48。其中，结构层的侧向刚度可以近似按照等效的剪切刚度来计算。
2、还应特别注意其中侧向刚度需达到两倍这一要求，这可以将其理解成满足有效数字的2倍，也就是说，地下室结构楼层的侧向刚度应大于或等于相邻的上部楼层的侧向刚度的2倍。同时还应该注意，地下室的结构楼层的侧向刚度是指结构本身的刚度，地下室的外墙约束的作用不在此考虑之内。
3、需选用现浇梁板的结构，它的楼板厚度不能小于180毫米，混凝土的强度等级应当不低于C30；配筋必须采用双向双层的方式，同时对配筋和楼板的厚度以及楼盖的结构形式要提出详细的要求。而相对于梁板的结构来说，无梁的楼盖结构，其平面外的刚度很小，很难满足刚性楼板的假定基本要求，所以，地下室的顶板，其主楼的范围和与其相连的裙房地下室的顶板相应范围，应当采取浇梁板的结构。没有地上结构地下室顶板的其他位置，可以采取无梁的楼盖结构。
4、当建筑的地下室是单层的时候，其结构的嵌固端应为基础底板。这样就能够将基础的“无限刚”的假定充分利用，也能为第一层楼面的造型灵活创造有利的条件，即使有大的改动存在于首层的楼面，或者采取无梁的楼盖，这些都不会对计算的准确性产生影响。但是，当地下室被作为级别较高的抗爆防空的地下室时，它的墙体和顶板一般具备当做结构的嵌固端的刚度，这时，就可以把它当做上部结构的嵌固端来利用。
5、当嵌固于地下室的顶板无法满足相关要求时，可以按照嵌固于基础的顶部进行设计。而B级高度的高层建筑不应该嵌固于基础的顶部，并且在进行地下室结构设计时，可以不用考虑到地下室结构的水平地震作用的降低系数。
结束语
总而言之，高层建筑上部分的负荷大，基础设埋的深，所以地下室的嵌固作用就是很重要的，直接关系着建筑的质量和安全问题，所以做好地下室的嵌固结构很重要，正因为其内部的复杂和依旧存在的问题，所以结构的设置更是值得人们研究和分析，只有更好的设计准确的把握嵌固结构模型的计算和分析，才能更好的采取适当的措施，保证了建筑的质量经济和最终的安全。
参考文献
[1]赵鹏,王新.浅议多层及高层地下室结构设计[J].甘肃科技纵横.2010.
[2]张剑锋.高层建筑地下室结构设计浅析[J].城市建设，2010.
[3]常丽华．高层结构嵌固端的选择与抗震性能分析[J].山西建筑2010.