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[摘要]:本文主要对高层建筑结构中地下室嵌固作用进行了思考与探讨，希望能在今后人们在高层建筑中设计高层建筑结构中的地下室起到一定的参考作用。
[关键词]：高层建筑；地下室；嵌固端；回填土
中图分类号： TU972文献标识码：A 文章编号：
引言：
由于城市用地的紧张，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，这就是所谓的纵向发展，既然有向上发展的可能，自然就有了地下室的出现，那么地下室的嵌固作用到底是怎么样发挥的呢？到底哪些因素会影响到地下室的嵌固作用呢？我们又该如何对其进行优化呢？这些都是本文主要阐述的内容，也是我们在高层建筑结构中设计地下室时需要考虑的方面。
1. 高层结构设计地下室时嵌固端的选取的原则
我们都知道，高层建筑结构对于嵌固端的选取非常有讲究，而在建筑结构设计中嵌固端，就是我们平常说的固定端，不允许构件在此部位有任何位移，对于没有设计地下室的高层建筑与设有地下室的高层建筑这两类建筑物都有很大的区分。而在其中，地下室的多少，地下室的层高以及地下室的大小等等很多的因素也会影响其嵌固端最后的选择。所以在高层建筑结构里，我们首先要知道怎么选取嵌固端，尤其是在设计有地下室的高层建筑结构中。
本文主要讨论高层建筑结构中设计地下室的情况。
在设有地下室的高层建筑结构中，嵌固端通常选取在首层地下室顶板，但是并不是所有的地下室顶板都能成为嵌固端的所在位置，地下室顶板要真正成为结构嵌固端也是需要很多条件的，列举如下：
(1)地下室顶板标高和室外地坪的高差不能太大，比较极端的情况下，比如半地下室，那么首层楼面一般性是不能成为结构嵌固端的，除非它的高差只有1—3级台阶高度时才可能将其考虑；
(2) 地下室结构必须具备足够的整体刚度和足够的承载力，那么在地震的作用下，当上部结构进入弹塑性工作阶段，地上一 层柱底或墙底出现塑性铰时，地下室结构仍可保持弹性工作状态。
（3）地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖)，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度；
（4）地下室侧壁要有良好侧限，即必须与“地球”有良好的接壤，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。
（5）楼板厚度不宜小于180mm；
（6）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%；
（7）顶板不宜开大洞；
（8）地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。
而规范中这样规定的原因也主要是考虑柱在地上一层的下端出现塑性铰而不是梁柱节点两侧的梁出现塑性铰，通常采用提高地下室顶板梁受弯承载力且增大地下室柱顶的受弯承载力的方法来考虑柱底的嵌固。
我们都知道地下室的设计以及施工并没有如地上建筑那么简单与传统，所以一般我们的高层建筑结构中都只设立单层地下室，那么当出现这种情况的时候，嵌固端的选取原则又会有什么不同呢？下面就对此状况进行分析与探讨。
当高层建筑只是设计单层地下室并且底板是采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常会选择基础底板作为结构的嵌固端而非首层作为结构的嵌固端。这样的选择有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造良好的条件，即使是在首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构的情况下，都不会影响结构计算的准确性。此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构的必须一致。而且以基础底板作为嵌固端不但不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。所以当我们遇到单层地下室设计的高层建筑时，在选取嵌固端时就不能完全参考上述列举的几点原则，而需要从不同的方向来思考了。
2．影响地下室嵌固作用的因素以及如何应对
对于高层建筑中结构中设计的地下室的嵌固作用，一直都是我们关注的问题，我们都知道，很多因素都会影响到嵌固作用的发挥，那么如何使其发挥出最大作用就成了我们关注的另一方向了。知道了影响因素，再从其入手，能使高层建筑结构设计中的地下室嵌固作用得到更好的发挥。
从各方面搜集到的信息中，我们知道以下主要因素会影响高层建筑结构设计中地下室的嵌固作用：
1.地下室部分的楼层侧向刚度与上部结构的楼层侧向刚度的比值；
2.地下室回填土的约束等等；
上述因素对地下室的嵌固作用的大小有很大的影响。
对于第一种情况 我们得解决办法就是进行整体建模，先不设定地下室的层数，查看所计算的层刚度以及层刚度比值，若地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍满足规范的要求，则可以考虑地下室回填土的约束。
那么，回填土对于嵌固作用的影响到底体现在哪里，又有多大的影响呢？
我们都知道地震作用总是要往大地传遞，地下室外侧的回填土总是先于底板下的土体起作用，如果回填土不起作用，规定建筑物的埋深就没有意义了。
而地下室的回填土质量直接影响着基础的埋置作用。提高地下室四周的回填土质量，可以有利于吸收地震能量，减轻上部结构的地震反应，增强建筑物的整体稳定性。国内外的调查资料表明，回填土的压实系数达到0．9 5以上时，建筑物地震反应减小的程度可达20％-30％。如果不能保证回填土和地下室外墙之间的有效接触，将会降低基础的侧向刚度和转动刚度以及回填土对基础的约束作用。因此，地下室四周的回填士应该均匀地分层夯实，根据具体的情况控制合理的压实系数，保址回填土的质量。当地下室外墙和基坑支护结构之闻的净距太小而无法对回填土进行夯实时，宜采用素混凝土填充地下室外墙与基坑之间的缝隙。
所以高层建筑的地下室外围回填土对建筑物的嵌固起很重要的作用，这是不需要争论的事实。
事实上，对于回填土质量问题虽然有规范的强制性条文相约束，但是真正认识到其重要性的人并不是很多，所以这是工程界在以后的发展当中需要认真面对的课题。或许当结构师们注意到这个问题的时候，高层建筑结构设计中地下室的嵌固作用就会得到更好的发挥了吧。
3.选取嵌固端的一般方法
下面，我们就来探讨一下实际工程中选取嵌固端的一些可行方法，首先，我们要明白，在结构设计中，带地下室的高层建筑计算模型主要有以下几个核心问题需要受到我们的关注：
1.如何合理考虑地下室的刚度；
2.如何正确反映回填土对地下室的约束；
3.如何考虑基础的作用；
在了解了以上几个问题之后，我们可以采用下面几种方法来确定嵌固端了。
3.1.嵌固水平位移法
嵌固水平位移法也就是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刚体转动位移。
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。
3.剪切刚度，其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高相关。剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。
3.2结构软件对地下室结构的处理方法
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2。
这种方法并没有考虑到地下土体对地下室的侧面嵌固作用，而且增加了结构的计算高度，使得计算模型与实际情况有点误差，一般都不采用。
2.取地下室底板作为嵌固端 取相对刚度比为2-4，一般,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。这种方法随不够精确，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，从而使其与实际情况有所差异。
3.3弹簧刚度法
弹簧刚度法的计算模型是把地下室与上部结构整合成一个整体考虑，嵌固端的选取在基础底板处，并且在每层地下室的楼板处都引入水平弹簧刚度，其值的大小反映回填土对地下室约束作用的强弱。设计人员一般运用该方法时都需要确定水平弹簧刚度的具体取值，这一点是比较困难的，因为很难确定回填土对地下室约束作用的具体大小。在 SATWE软件中,没有直接要求用户输入水平弹簧刚度的真实数值，而只是间接地要求输入回填土对地下室约束作用的相对（彈簧）刚度比，它的含义是回填土的约束刚度与地下室本身抗侧移刚度的比值。如果取相对刚度比为零，就表示不考虑回填土的约束刚度。如果取相对刚度比为5.0或更大，那么计算结果与嵌固各层地下室顶板水平位移效果就会相一致。
这是两个极端情况，工程实际情况应该介于这两种情况之间。为确定相对刚度比的合理取值范围，研究者对许多工程进行了对比分析。分析经验表明：对于一般工程，取相对刚度比在2.0到4.0之间变化就相对来说比较合适了。
结束语：
城市人口的增多，自然导致城市用地的紧张，我们所处的环境决定了我们横向发展的局限性，所以，在建筑业不断发展的过程中，我们发现了纵向发展的无限可能，向上或者向下发展，都成了我们城市建筑的发展方向。但是，高层的建筑结构并不是那么好把握的，更何况是在高层的基础上再向下设计地下室，所以此刻地下室就需要发挥其作用了。首层地下室顶板作为我们选取嵌固端的首要选择，其发挥的嵌固作用更是不可小觑。在对其嵌固作用的思考过程中，我们发现了很多的影响因素并且采取相应的措施来解决它，我们思考出很多的方法来更准确地确定嵌固端的位置，这都是本文所阐述的问题，希望对于今后的地下室设计起到好的参考作用。
参考文献
[1]杨培生，谈对高层建筑嵌固端的选取及地下室抗震等级的确定
[2]陶峰，谈对高层建筑结构嵌固端的选取
[3]田磊，刘淑华，刘胜光高层结构中地下室的嵌固作用探讨
[4]程建立，李珊多高层建筑结构嵌固端实践应用分析
[关键词]：高层建筑；地下室；嵌固端；回填土
中图分类号： TU972文献标识码：A 文章编号：
引言：
由于城市用地的紧张，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，这就是所谓的纵向发展，既然有向上发展的可能，自然就有了地下室的出现，那么地下室的嵌固作用到底是怎么样发挥的呢？到底哪些因素会影响到地下室的嵌固作用呢？我们又该如何对其进行优化呢？这些都是本文主要阐述的内容，也是我们在高层建筑结构中设计地下室时需要考虑的方面。
1. 高层结构设计地下室时嵌固端的选取的原则
我们都知道，高层建筑结构对于嵌固端的选取非常有讲究，而在建筑结构设计中嵌固端，就是我们平常说的固定端，不允许构件在此部位有任何位移，对于没有设计地下室的高层建筑与设有地下室的高层建筑这两类建筑物都有很大的区分。而在其中，地下室的多少，地下室的层高以及地下室的大小等等很多的因素也会影响其嵌固端最后的选择。所以在高层建筑结构里，我们首先要知道怎么选取嵌固端，尤其是在设计有地下室的高层建筑结构中。
本文主要讨论高层建筑结构中设计地下室的情况。
在设有地下室的高层建筑结构中，嵌固端通常选取在首层地下室顶板，但是并不是所有的地下室顶板都能成为嵌固端的所在位置，地下室顶板要真正成为结构嵌固端也是需要很多条件的，列举如下：
(1)地下室顶板标高和室外地坪的高差不能太大，比较极端的情况下，比如半地下室，那么首层楼面一般性是不能成为结构嵌固端的，除非它的高差只有1—3级台阶高度时才可能将其考虑；
(2) 地下室结构必须具备足够的整体刚度和足够的承载力，那么在地震的作用下，当上部结构进入弹塑性工作阶段，地上一 层柱底或墙底出现塑性铰时，地下室结构仍可保持弹性工作状态。
（3）地下室顶板结构应为梁板体系(即不可设计成无梁楼盖)，楼面框架梁的抗弯刚度要足够大，楼板也要有相当厚度；
（4）地下室侧壁要有良好侧限，即必须与“地球”有良好的接壤，上述半地下室顶板不能成为结构嵌固端的原因就是不满足此条件。
（5）楼板厚度不宜小于180mm；
（6）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%；
（7）顶板不宜开大洞；
（8）地下室结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的2倍。
而规范中这样规定的原因也主要是考虑柱在地上一层的下端出现塑性铰而不是梁柱节点两侧的梁出现塑性铰，通常采用提高地下室顶板梁受弯承载力且增大地下室柱顶的受弯承载力的方法来考虑柱底的嵌固。
我们都知道地下室的设计以及施工并没有如地上建筑那么简单与传统，所以一般我们的高层建筑结构中都只设立单层地下室，那么当出现这种情况的时候，嵌固端的选取原则又会有什么不同呢？下面就对此状况进行分析与探讨。
当高层建筑只是设计单层地下室并且底板是采用天然地基筏板基础或桩一筏基础时，通常会选择基础底板作为结构的嵌固端而非首层作为结构的嵌固端。这样的选择有利于充分利用其基础的“无限”刚度，为首层楼面的灵活结构选型创造良好的条件，即使是在首层楼面留有大孔洞，或选用无梁楼盖结构的情况下，都不会影响结构计算的准确性。此外，规范规定地下室负一层的抗震等级与上部结构的必须一致。而且以基础底板作为嵌固端不但不会造成地下室结构造价的提高，反而可能取得较好的经济效益。所以当我们遇到单层地下室设计的高层建筑时，在选取嵌固端时就不能完全参考上述列举的几点原则，而需要从不同的方向来思考了。
2．影响地下室嵌固作用的因素以及如何应对
对于高层建筑中结构中设计的地下室的嵌固作用，一直都是我们关注的问题，我们都知道，很多因素都会影响到嵌固作用的发挥，那么如何使其发挥出最大作用就成了我们关注的另一方向了。知道了影响因素，再从其入手，能使高层建筑结构设计中的地下室嵌固作用得到更好的发挥。
从各方面搜集到的信息中，我们知道以下主要因素会影响高层建筑结构设计中地下室的嵌固作用：
1.地下室部分的楼层侧向刚度与上部结构的楼层侧向刚度的比值；
2.地下室回填土的约束等等；
上述因素对地下室的嵌固作用的大小有很大的影响。
对于第一种情况 我们得解决办法就是进行整体建模，先不设定地下室的层数，查看所计算的层刚度以及层刚度比值，若地下室结构的楼层侧向刚度不小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍满足规范的要求，则可以考虑地下室回填土的约束。
那么，回填土对于嵌固作用的影响到底体现在哪里，又有多大的影响呢？
我们都知道地震作用总是要往大地传遞，地下室外侧的回填土总是先于底板下的土体起作用，如果回填土不起作用，规定建筑物的埋深就没有意义了。
而地下室的回填土质量直接影响着基础的埋置作用。提高地下室四周的回填土质量，可以有利于吸收地震能量，减轻上部结构的地震反应，增强建筑物的整体稳定性。国内外的调查资料表明，回填土的压实系数达到0．9 5以上时，建筑物地震反应减小的程度可达20％-30％。如果不能保证回填土和地下室外墙之间的有效接触，将会降低基础的侧向刚度和转动刚度以及回填土对基础的约束作用。因此，地下室四周的回填士应该均匀地分层夯实，根据具体的情况控制合理的压实系数，保址回填土的质量。当地下室外墙和基坑支护结构之闻的净距太小而无法对回填土进行夯实时，宜采用素混凝土填充地下室外墙与基坑之间的缝隙。
所以高层建筑的地下室外围回填土对建筑物的嵌固起很重要的作用，这是不需要争论的事实。
事实上，对于回填土质量问题虽然有规范的强制性条文相约束，但是真正认识到其重要性的人并不是很多，所以这是工程界在以后的发展当中需要认真面对的课题。或许当结构师们注意到这个问题的时候，高层建筑结构设计中地下室的嵌固作用就会得到更好的发挥了吧。
3.选取嵌固端的一般方法
下面，我们就来探讨一下实际工程中选取嵌固端的一些可行方法，首先，我们要明白，在结构设计中，带地下室的高层建筑计算模型主要有以下几个核心问题需要受到我们的关注：
1.如何合理考虑地下室的刚度；
2.如何正确反映回填土对地下室的约束；
3.如何考虑基础的作用；
在了解了以上几个问题之后，我们可以采用下面几种方法来确定嵌固端了。
3.1.嵌固水平位移法
嵌固水平位移法也就是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刚体转动位移。
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。
3.剪切刚度，其计算方法主要是剪切面积与相应层高的比，其大小跟结构竖向构件的剪切面积和层高相关。剪切刚度没有考虑带支撑的结构体系和剪力墙洞口高度变化时所产生的影响。
3.2结构软件对地下室结构的处理方法
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2。
这种方法并没有考虑到地下土体对地下室的侧面嵌固作用，而且增加了结构的计算高度，使得计算模型与实际情况有点误差，一般都不采用。
2.取地下室底板作为嵌固端 取相对刚度比为2-4，一般,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。这种方法随不够精确，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，从而使其与实际情况有所差异。
3.3弹簧刚度法
弹簧刚度法的计算模型是把地下室与上部结构整合成一个整体考虑，嵌固端的选取在基础底板处，并且在每层地下室的楼板处都引入水平弹簧刚度，其值的大小反映回填土对地下室约束作用的强弱。设计人员一般运用该方法时都需要确定水平弹簧刚度的具体取值，这一点是比较困难的，因为很难确定回填土对地下室约束作用的具体大小。在 SATWE软件中,没有直接要求用户输入水平弹簧刚度的真实数值，而只是间接地要求输入回填土对地下室约束作用的相对（彈簧）刚度比，它的含义是回填土的约束刚度与地下室本身抗侧移刚度的比值。如果取相对刚度比为零，就表示不考虑回填土的约束刚度。如果取相对刚度比为5.0或更大，那么计算结果与嵌固各层地下室顶板水平位移效果就会相一致。
这是两个极端情况，工程实际情况应该介于这两种情况之间。为确定相对刚度比的合理取值范围，研究者对许多工程进行了对比分析。分析经验表明：对于一般工程，取相对刚度比在2.0到4.0之间变化就相对来说比较合适了。
结束语：
城市人口的增多，自然导致城市用地的紧张，我们所处的环境决定了我们横向发展的局限性，所以，在建筑业不断发展的过程中，我们发现了纵向发展的无限可能，向上或者向下发展，都成了我们城市建筑的发展方向。但是，高层的建筑结构并不是那么好把握的，更何况是在高层的基础上再向下设计地下室，所以此刻地下室就需要发挥其作用了。首层地下室顶板作为我们选取嵌固端的首要选择，其发挥的嵌固作用更是不可小觑。在对其嵌固作用的思考过程中，我们发现了很多的影响因素并且采取相应的措施来解决它，我们思考出很多的方法来更准确地确定嵌固端的位置，这都是本文所阐述的问题，希望对于今后的地下室设计起到好的参考作用。
参考文献
[1]杨培生，谈对高层建筑嵌固端的选取及地下室抗震等级的确定
[2]陶峰，谈对高层建筑结构嵌固端的选取
[3]田磊，刘淑华，刘胜光高层结构中地下室的嵌固作用探讨
[4]程建立，李珊多高层建筑结构嵌固端实践应用分析