关于嵌固端与底部加强区的讨论

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第40卷第33期

山西建

筑

Vｏｌ.40Nｏ.33

1009-68２5（２014）33-0034-0２文章编号：

关于嵌固端与底部加强区的讨论

（1.太原市建筑设计研究院，山西太原 03000２； ２.太原市普可佳工程设计有限公司，山西太原 030006）

杨润涛1 康建群２

摘 要：对嵌固端、底部加强区的定义与要求作了简要说明，采用PKPM软件对一实际工程进行了计算分析，通过计算结果对比不同楼层能否作为嵌固端，并提出设计建议，使工程设计趋于合理。关键词：嵌固端，加强区，PKPM，侧向刚度比中图分类号：TU318

文献标识码：A

２0m的范围内。在计算侧向刚度比值时，按规范要求将主楼周边地库计入模型来进行计算，可对地下室侧向刚度产生比较大的影响。

1 嵌固端的定义

现阶段多层，特别是高层混凝土建筑，在进行概念设计、结构计算时，必须明确嵌固端的位置。其定义为除能承受轴力、弯矩、剪力之外，X，Y两个方向的水平位移、竖向位移及位移角均为零的部位。在高层设计中确定嵌固端就是通过调整刚度与承载力，使塑性铰能在预期的部位出现，并承担该处较大的弯矩、剪力及相应的轴力。

3 底部加强区的设置

高层带剪力墙结构中嵌固端的确定直接影响剪力墙的底部加强部位高度的确定。因框支剪力墙属复杂高层设计，其设计另有规定及要求，本文不予讨论。

剪力墙受地震作用破坏时，前文提到了通过确定嵌固端使塑性铰在预期部位出现，而为了使底部出现塑性铰后具有比较大的延性，需要对该范围予以加强，这个部位就成为了底部加强区。即嵌固端为人为定义，而只有通过加强区的设置，才能实现这种“定义”，使结构在出现塑性铰时能保证承载力、稳定性的要求。

1／10和底部两层二者的较大值，当结构计算嵌固端位于地下1层底板或以下时，底部加强部位宜向下延伸至计算嵌固端，即若嵌固部位为地下1层底板时，地下1层亦设置为底部加强区。加强区具体计算措施为截面组合的剪力设计值，按下式调整：

V=ηvwVW。

其中，二级可取1.4，三级可取1.２。ηvw一级时取1.6，

计算完成后在施工图设计中应该在底部加强部位及相邻的上下一层设置约束边缘构件（当墙肢底截面轴压比很小时可不设）。

底部加强区的高度应由地下室顶板算起，取墙体总高度的

2 嵌固端的实现要求

框架剪力墙、板柱剪力墙、剪力墙、框架核心筒、筒中筒结构，对于嵌固端的楼层，嵌固层（即嵌固端以下这一层）与相邻上层侧向刚度之比均有相应要求。对于一般的高层建筑为满足基础埋置深度不小于建筑物高度的1／18~1／２0及楼层使用功能，均会设置地下室，而高层建筑混凝土结构技术规程中（以下简称高规）规定，普通地下室顶板厚度不宜小于160mm，这就意味着按构造要求地下室的顶板已经有了刚度上的提高。因此通常考虑将地下室顶板作为嵌固端能达到一定的经济效益。

对于地下室顶板作为嵌固端，规范提出了明确的要求，主要有顶板应避免开设大洞口，楼板厚度不宜小于180mm；地下1层的侧向刚度宜大于其上一层的２倍，以及相应的配筋构造要求。如高层地下1层作为设备间时，层高通常较小，而首层设大厅、商业及其他功能楼层时层高会高于标准层，当能满足上述要求时，1层以下抗震构造措施可逐层降低一级，相应的墙、柱配筋可减小，而当地下室顶板不能作为上部结构的嵌固端时，计算嵌固端上部结构的嵌固部位是最经济合理的选择。

有的楼层因为地下1层与首层层高、平面布置相差不大，无法满足地下室顶板作为嵌固部位的要求时，嵌固部位应下移，保证该层整体性强、楼层无大洞口、楼层的侧向刚度与首层比不小于２，因为侧向刚度比大于２均为嵌固端下一层与首层的比较，而是在高规中规定嵌固端下一层与其上一层侧向刚度比大于1.5，指嵌固端上下层之间的比较，设计中应区分开来。当该层楼板作为嵌固端时按要求楼板的厚度不宜小于180mm，同时应考虑地下室实际存在的嵌固作用，其楼板的厚度不宜小于160mm，这就产生了两层厚楼板的出现，造成了一定程度的浪费，在设计中应尽量避免。

另外需要注意的是，抗规中规定：结构地上1层的侧向刚度，不宜大于相关范围地下1层侧向刚度的0.5倍；地下室周边宜有与其顶板相连的抗震墙。其相关范围主要是指主楼外延不大于下移，而相应的构造要求同时下移。由此可见，地下室顶板作为地下室其他楼板即可采用普通楼板设计（人防顶板除外），地下

4 实际工程中的应用

在建筑方案确定过程中，结构专业的参与对最终建筑的可实施性、经济性起很大的作用。在确定建筑物层高，地下室设置时，嵌固端与底部加强区的计算能具体的为建筑设计提出建议。以下是具体的工程案例。

如图1所示为一工程的剖面，该工程为地下5层、地上２6层的住宅，周围均为5层地下车库。主楼平面为规则方形，立面无突变。

采用PKPM建模来进行计算，完成后在SATWE计算结果中选取出各层刚心、偏心率、相邻层侧移刚度比等等计算信息这一项，为了方便比较，直接截取Ratx，Raty该项来进行分析（Ratx，Raty是指X，Y方向本层塔侧移刚度与下一层相应塔侧移刚度的比值）。

地下5层：

Ratx=1.0000，Raty=1.0000。

地下4层：

２014-09-10 收稿日期：

作者简介：杨润涛（1988-），男，助理工程师； 康建群（1964-），女，工程师

第40卷第33期

杨润涛等：关于嵌固端与底部加强区的讨论

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Ratx=0.8691，Raty=0.8915。

地下3层：

Ratx=0.8２15，Raty=0.897２。

地下２层：

Ratx=1.1676，Raty=1.1697。

地下1层：

Ratx=0.9677，Raty=0.956２。

首层：

Ratx=0.8131，Raty=0.9769。

根据计算结果，地下5层~地下1层与首层的刚度比分别为0.915，1.070，1.0２4，可见地下5层均不满足与首层侧向刚度比大于２的要求，不能作为嵌固端。

4２00

首层的侧向刚度比得到提高，但仍无法满足作为嵌固端的要求，其主要原因是由于地下室与地上标准层的建筑平面布置区别不是很大，而周围地库作为车库使用，层高较大，地下1层车库层高更是达到6m，而地库外墙距主楼较远，不能计入主楼相关范围计算，最终导致地下室各层与首层侧向刚度的比值均不能满足２倍的要求。

结构专业在得出计算结果后与甲方协商，由于周边地库面积较大，层高要考虑到整个场地市政设计与其他主楼，无法改变，而主楼地下1层层高为3700，亦不能通过加设设备层来提高刚度。后与建筑专业协商，地下4层与地下5层均设置人防，主楼及周边地库地下4层顶板厚取２50mm，并在周围地库设置设备间、物资库，增加混凝土临空墙、人防门框墙体，最终计算得地下4层与首层的侧向刚度比接近２倍。该工程结构地上层高为78m，地下室顶板不能作为嵌固部位，则计算层高大于80m，抗震等级按一级计算，通过与审图单位的反复协商，最终确定地下室4层顶板作为嵌固端，地下1层~地下3层按一级剪力墙要求配置约束边缘构件的竖向钢筋、箍筋，且竖向钢筋通至地下4层，地下5层剪力墙按构造边缘构件设计。通过对最终设计结果的总结可以看出，当地下室顶板不能作为嵌固端，而地下２层，3层同样不能满足嵌固端要求时，整个楼层的抗震等级提高，地下室剪力墙边缘构件的配筋同样造成较大的浪费。并且在结构计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用，虽然本工程主楼周围均为地下室，但地库地下室顶板以上回填土及地下室顶板处对上部结构的嵌固作用是客观存在的，因此将嵌固端放在地下1层以下并不符合概念设计的要求。

X向：1.5２6，1.3２6，1.089，1.２71，1.２30；Y向：1.144，1.0２0，

8２.２0078.0008２650

904２0×２70518300

-11.600-15.800-19.700

而考虑周围地下室刚度贡献，将主楼周围两跨并入模型进行计算，得出结果如下：

地下5层：

Ratx=1.0000，Raty=1.0000。

地下4层：

Ratx=0.87２8，Raty=0.8937。

地下3层：

Ratx=0.8２07，Raty=0.9035。

地下２层：

Ratx=1.1676，Raty=1.1２01。

地下1层：

Ratx=0.9677，Raty=0.9569。

首层：

Ratx=0.7589，Raty=0.9106。

1.6２8，［4］其地下5层~地下1层与首层的刚度比分别为X向： 朱丙寅.建筑抗震设计规范应用与分析［M］.北京：中国建

1.4２1，1.166，1.36２，1.318，Y向：1.２68，1.133，1.0２4，1.147，筑工业出版社，２013.1.098。［5］ 郑梦龙.谈建筑设计在建筑抗震设计中的重要作用［Ｊ］.山

由此可见当计入主楼周围地下室进行计算时地下室楼层与

西建筑，２014，40（11）：44-46.

ａcｔｕａｌprｏjecｔｕsｉngPKPMsｏfｔwａre，ｔｈrｏｕgｈｔｈecａｌcｕｌａｔｉｏnresｕｌｔscｏmpａreddｉfferenｔfｌｏｏrscｏｕｌdbeｕsedａsａfｉxedendｏrnｏｔ，ａndpｕｔfｏrwａrdｔｈedesｉgnprｏpｏsａｌ，mａdeengｉneerｉngdesｉgnmｏrereａsｏnａbｌe.Kｅywｏｒｄｓ：fｉxedend，sｔrengｔｈenａreａ，PKPM，ｌａｔerａｌsｔｉffnessrａｔｉｏ

Ａｂｓｔｒaｃｔ：Tｈｉspａperbrｉefｌydescrｉbedｔｈedefｉnｉｔｉｏnａndreqｕｉremenｔsｏffｉxedend，bｏｔｔｏmsｔrengｔｈenａreａ，mａdecａｌcｕｌａｔｉｏnａndａnａｌysｉsｏnａ

-7.400

２30

车库车库车库车库

图1工程剖面图

Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎｔｈｅｆｉxｅｄｅｎｄaｎｄｂｏｔｔｏｍｓｔｒｅｎgｔｈｅｎaｒｅa

YＡＮGＲｕｎ-ｔaｏ1 KＡＮGＪｉaｎ-qｕｎ2

２.TaiyuanPukejiaEngineeringDesignLimitedCompany，Taiyuan030006，China）

（1.TaiyuanArchitecturalandDesignInstitute，Taiyuan03000２，China；

3.000

30005

7２.000

客厅卧室水前室餐厅卧室客厅水前室

室外地面大堂大堂水前室

地下

管井1层

地下

管井车库

２层地下

车库管井3层

地下

车库管井4层

地下

管井车库5层

室外地面

80.650

5 结语

嵌固端与底部加强区属于结构概念，但其对于整个建筑的经济合理性至关重要。建筑专业人员应明确其概念及重要性，同时结构专业人员也应尽可能早地参与到方案设计的过程中来。通过对比及设计要求提供建议，使建筑采用较为经济合理的方案。本次分析仅对高层剪力墙住宅进行计算研究，未考虑其他结构类型的设计计算。建议以后分析研究时，将其他类型的结构计算同时考虑进去。参考文献：

［1］ GB50011-２010，建筑抗震设计规范［S］.［２］ ＪGＪ3-２010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［3］ 朱丙寅.建筑结构设计问答及分析［M］.北京：中国建筑工

业出版社，２013.