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摘要：高层建筑嵌固端的合理选取，关系到结构结算结果的准确性和真实性，也是高层建筑结构设计中的一个重要环节。本文通过分析高层建筑嵌固端合理选取的判定条件，以高层建筑侧向刚度比、地下室顶板刚性、及带大底盘三个方面就行研究，判定合理选取的条件。
关键词：高层建筑嵌固端；刚度比；判定与研究
1前言
随着我国经济高速发展，城市化进程的加快，高层建筑在新建建筑中的比例逐年提升。并随着汽车的普及，高层建筑的地下停车位是开发商面临的棘手问题，因此高层建筑普遍呈现塔楼越来越多，底盘越来越大的趋势。地下室的建设不仅减少基底压力，增加基础埋深，而且增加了结构的整体稳定性。高层建筑结构分析的关键问题是嵌固端的位置，它关系到某些构件受力分配传递的准确性和结构中某些构件配筋等问题。因此需要慎重和严谨对待嵌固端的合理选取问题，避免建筑设计安全隐患和不必要的浪费。
2高层结构嵌固端研究现状及嵌固研究方法
2.1高层结构嵌固端的研究现状
（1）不设地下室的情况
此情况主要针对层数不多的小高层，一般分为两种情况：
a）基础埋置深度较浅：上部结构的嵌固部位都可取基础顶面，但为保证嵌固部位以下的刚性需求，必须保证基础顶标高处设置刚度较大的基础拉梁。
b）基础埋置深度较深：若为将底层的墙、柱分割，而在基础顶面标高与首层标高间设置拉梁层，需注意上部结构的嵌固部位的选取应在基础顶面，而不是拉梁层。
（2）有地下室的情况
a）对于高层建筑的单层地下室：以天然地基为主体结构基础时，结构嵌固端往往设置在地下室底板处。一方面可充分利用地基平面内“无限”刚度；另一方面无须满足顶板的刚性要求。
b）对于高层建筑的多层地下室：上部结构的嵌固端一般选取在地下室的顶板处，但须满足以下条件：地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍[1]。计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位，一般指地上结构四周外扩不超过地上对应边尺寸的1.5倍且不大于30m的范围；地下室楼层应采用现浇结构，地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构[2]；地下室顶板厚度不宜小于180mm，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%。
c）投影面积比例：首层作为嵌固
端的结构受到地下室顶板上的投影面积比例大小的影响，若该比例≈ 1，该首层毫无疑问选作结构嵌固端；若该比例≤1时，表明地下室侧限离塔楼较远，塔楼在发生侧向位移将影响首层楼面致使其变形，此时嵌固端的刚度不如第一种情况。
通过整体分析，以下几个方面仍是今后研究的重点：
①计算勘固部位的侧向刚度比时，地下室外墙是否参与计算问题：对于地下室外墙与上部结构外墙相距大于40m时，一般不宜考虑地下外墙参与计算地下部分的抗则刚度。
②当刚度比不满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件可增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位。
③当地下室出现悬挑结构，则地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响。所以，地下室不应有悬挑结构。
④当地下室是大底盘、面积很大时，与上部结构所占面积差异过大时，此时可以根据上部结构的底面积取外伸2～3跨作为地下室，并与上部结构共同分析。
2.2 高层建筑结构底部嵌固作用的研究方法
对地下室与周围土体的相互作用的研究，Winkler假设地下室附近任一点变形W（X，Y）与相邻点的压力无关，与该点所受的压力强度P（X，Y）成正比。线性表达为：
K为基床系数（N/cm3），此公式优点是模型直观，力学概念清晰，缺点是由于K值得影响因素较多，如：基础面积大小、基础埋深及基础形状等，使得公式实用性难度较大。并且实验条件、取值方法和误差分析都没有严格定义，因此该模型理论研究价值大于其实用价值。
从理论上分析，应将高层建筑上部结构和地下室作为整体分析，不同的计算模型计算的结构动力特性、内力特性不同。如：分离模型、嵌固水平位移法、弹簧刚度法。
3侧向刚度比对高层结构嵌固作用影响的研究
规则的高层框架模型平面布置为矩形规则对称，开间3300mm，进深 3300mm，上部结构18层，跨度6600mm，楼板厚度为120mm，顶板厚度180mm，梁、板混凝土强度等级为C30，不考虑风荷载参与荷载工况组合。
软件的选择采用SAP2000软件进行规则高层框架的计算与分析，利用SAP2000软件建立模型，采用Frame单元模拟结构的梁、柱构件。通过模型计算侧向刚度比在1.03～5.10之间变化时，结构基本周期误差率百分比就会越小。侧向刚度比<2时，结构周期误差较大。当侧向刚度比>2时，结构周期误差不大。并且通过软件计算，随着侧向刚度比的增加，楼层的最大层间位移角基本不变，也即是侧向刚度比的变化对高层结构整体层间位移角变化影响不大[3]。
4 地下室顶板刚性对高层结构嵌固作用影响的研究方法和流程
为了便于研究对比分析，同样建立分离模型和整体模型，由于侧向刚度比大于2时，上部结构性能受地下室回填土对地下室的侧向约束较小。本次建立两组模型研究地下室顶板刚性对底部嵌固部位选取的影响。通过“误差率”研究两者的差异，误差率定义为[4]：
误差率=（整体模型结构特性一分离模型结构特性）/分离模型结构特性×100%。
对于带地下室整体模型，以调整顶板厚度，顶板开洞率来计算相应结果，然后以上部结构分离模型，计算结果，对比两个结果的误差率得出趋势图。通过对比发现：
a）随着地下室顶板厚度的逐渐增大，误差减小幅度不大，因此顶板厚度对高层上部结构影响不大。
b）顶板厚度小于180mm时，地下室顶层间剪力、层弯矩误差百分比误差较大；当顶板厚度大于180mm时，误差逐渐变小，因此从经济性来考虑，地下室顶板厚度应选取在180mm～200mm。
5 大底盘高层建筑结构嵌固端判定条件分析
由于现代住宅小区底盘面积较大，主体结构和地下室侧壁挡土墙、侧壁外围回填土都较远，因此对主体结构影响也较小。本文通过建立规则高层框架结构模型，分析研究了底部嵌固作用的影响，如图1所示，将图中主体结构以外地下室和范围内的地下室刚度分别定义为B1和B 2；若B 2保持不变，B1增加，则主体结构以外地下室刚度比例也会增大，从而对主体结构部分进行了有效约束。反之则约束作用减小。
6结语
嵌固端选取问题是高层结构计算分析的首要问题，通过本文分析得出以下结论：
1）高层结构地下室与相邻上部楼层结构侧向比大于2时，嵌固端可选取在地下室顶板处；
2）地下室的顶板厚度变化对地下室顶板嵌固内力特性影响显著；
3）顶板开洞率对高层结构底部嵌固作用影响显著，顶板开洞率应小于30%；
4）对于大面积地下室的高层建筑侧向刚度比的计算，可只取主体结构向外延伸2跨进行计算。
在实际工程中由于建筑物体型复杂多样，建筑功能或防空设防要求也不相同，因此对于这些建筑结构嵌固端合理选取问题仍须进一步研究。
参考文献：
[1]李凤江.带地下室的框架结构固定端位置的选取[J].工业设计与研究，2000，103（2）：29～33.
[2]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].第一版.北京：中国建筑工业出版社.2004年4月.P50-51.
[3]董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础—共同作用理论与实践[M].上海：同济大学出版社，1996（3）：3～42.
[4]许崇伟，黄琴勇.层高突变对高层建筑楼层刚度的影响及其对策[J].建筑科 学，2006，22（4）：16～22.
关键词：高层建筑嵌固端；刚度比；判定与研究
1前言
随着我国经济高速发展，城市化进程的加快，高层建筑在新建建筑中的比例逐年提升。并随着汽车的普及，高层建筑的地下停车位是开发商面临的棘手问题，因此高层建筑普遍呈现塔楼越来越多，底盘越来越大的趋势。地下室的建设不仅减少基底压力，增加基础埋深，而且增加了结构的整体稳定性。高层建筑结构分析的关键问题是嵌固端的位置，它关系到某些构件受力分配传递的准确性和结构中某些构件配筋等问题。因此需要慎重和严谨对待嵌固端的合理选取问题，避免建筑设计安全隐患和不必要的浪费。
2高层结构嵌固端研究现状及嵌固研究方法
2.1高层结构嵌固端的研究现状
（1）不设地下室的情况
此情况主要针对层数不多的小高层，一般分为两种情况：
a）基础埋置深度较浅：上部结构的嵌固部位都可取基础顶面，但为保证嵌固部位以下的刚性需求，必须保证基础顶标高处设置刚度较大的基础拉梁。
b）基础埋置深度较深：若为将底层的墙、柱分割，而在基础顶面标高与首层标高间设置拉梁层，需注意上部结构的嵌固部位的选取应在基础顶面，而不是拉梁层。
（2）有地下室的情况
a）对于高层建筑的单层地下室：以天然地基为主体结构基础时，结构嵌固端往往设置在地下室底板处。一方面可充分利用地基平面内“无限”刚度；另一方面无须满足顶板的刚性要求。
b）对于高层建筑的多层地下室：上部结构的嵌固端一般选取在地下室的顶板处，但须满足以下条件：地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍[1]。计算地下室结构楼层侧向刚度时，可考虑地上结构以外的地下室相关部位，一般指地上结构四周外扩不超过地上对应边尺寸的1.5倍且不大于30m的范围；地下室楼层应采用现浇结构，地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构[2]；地下室顶板厚度不宜小于180mm，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%。
c）投影面积比例：首层作为嵌固
端的结构受到地下室顶板上的投影面积比例大小的影响，若该比例≈ 1，该首层毫无疑问选作结构嵌固端；若该比例≤1时，表明地下室侧限离塔楼较远，塔楼在发生侧向位移将影响首层楼面致使其变形，此时嵌固端的刚度不如第一种情况。
通过整体分析，以下几个方面仍是今后研究的重点：
①计算勘固部位的侧向刚度比时，地下室外墙是否参与计算问题：对于地下室外墙与上部结构外墙相距大于40m时，一般不宜考虑地下外墙参与计算地下部分的抗则刚度。
②当刚度比不满足嵌固部位的楼层侧向刚度比规定时，有条件可增加地下室楼层的侧向刚度，或者将主体结构的嵌固部位下移至符合要求的部位。
③当地下室出现悬挑结构，则地下室外的回填土约束对竖向荷载作用有一定影响。所以，地下室不应有悬挑结构。
④当地下室是大底盘、面积很大时，与上部结构所占面积差异过大时，此时可以根据上部结构的底面积取外伸2～3跨作为地下室，并与上部结构共同分析。
2.2 高层建筑结构底部嵌固作用的研究方法
对地下室与周围土体的相互作用的研究，Winkler假设地下室附近任一点变形W（X，Y）与相邻点的压力无关，与该点所受的压力强度P（X，Y）成正比。线性表达为：
K为基床系数（N/cm3），此公式优点是模型直观，力学概念清晰，缺点是由于K值得影响因素较多，如：基础面积大小、基础埋深及基础形状等，使得公式实用性难度较大。并且实验条件、取值方法和误差分析都没有严格定义，因此该模型理论研究价值大于其实用价值。
从理论上分析，应将高层建筑上部结构和地下室作为整体分析，不同的计算模型计算的结构动力特性、内力特性不同。如：分离模型、嵌固水平位移法、弹簧刚度法。
3侧向刚度比对高层结构嵌固作用影响的研究
规则的高层框架模型平面布置为矩形规则对称，开间3300mm，进深 3300mm，上部结构18层，跨度6600mm，楼板厚度为120mm，顶板厚度180mm，梁、板混凝土强度等级为C30，不考虑风荷载参与荷载工况组合。
软件的选择采用SAP2000软件进行规则高层框架的计算与分析，利用SAP2000软件建立模型，采用Frame单元模拟结构的梁、柱构件。通过模型计算侧向刚度比在1.03～5.10之间变化时，结构基本周期误差率百分比就会越小。侧向刚度比<2时，结构周期误差较大。当侧向刚度比>2时，结构周期误差不大。并且通过软件计算，随着侧向刚度比的增加，楼层的最大层间位移角基本不变，也即是侧向刚度比的变化对高层结构整体层间位移角变化影响不大[3]。
4 地下室顶板刚性对高层结构嵌固作用影响的研究方法和流程
为了便于研究对比分析，同样建立分离模型和整体模型，由于侧向刚度比大于2时，上部结构性能受地下室回填土对地下室的侧向约束较小。本次建立两组模型研究地下室顶板刚性对底部嵌固部位选取的影响。通过“误差率”研究两者的差异，误差率定义为[4]：
误差率=（整体模型结构特性一分离模型结构特性）/分离模型结构特性×100%。
对于带地下室整体模型，以调整顶板厚度，顶板开洞率来计算相应结果，然后以上部结构分离模型，计算结果，对比两个结果的误差率得出趋势图。通过对比发现：
a）随着地下室顶板厚度的逐渐增大，误差减小幅度不大，因此顶板厚度对高层上部结构影响不大。
b）顶板厚度小于180mm时，地下室顶层间剪力、层弯矩误差百分比误差较大；当顶板厚度大于180mm时，误差逐渐变小，因此从经济性来考虑，地下室顶板厚度应选取在180mm～200mm。
5 大底盘高层建筑结构嵌固端判定条件分析
由于现代住宅小区底盘面积较大，主体结构和地下室侧壁挡土墙、侧壁外围回填土都较远，因此对主体结构影响也较小。本文通过建立规则高层框架结构模型，分析研究了底部嵌固作用的影响，如图1所示，将图中主体结构以外地下室和范围内的地下室刚度分别定义为B1和B 2；若B 2保持不变，B1增加，则主体结构以外地下室刚度比例也会增大，从而对主体结构部分进行了有效约束。反之则约束作用减小。
6结语
嵌固端选取问题是高层结构计算分析的首要问题，通过本文分析得出以下结论：
1）高层结构地下室与相邻上部楼层结构侧向比大于2时，嵌固端可选取在地下室顶板处；
2）地下室的顶板厚度变化对地下室顶板嵌固内力特性影响显著；
3）顶板开洞率对高层结构底部嵌固作用影响显著，顶板开洞率应小于30%；
4）对于大面积地下室的高层建筑侧向刚度比的计算，可只取主体结构向外延伸2跨进行计算。
在实际工程中由于建筑物体型复杂多样，建筑功能或防空设防要求也不相同，因此对于这些建筑结构嵌固端合理选取问题仍须进一步研究。
参考文献：
[1]李凤江.带地下室的框架结构固定端位置的选取[J].工业设计与研究，2000，103（2）：29～33.
[2]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M].第一版.北京：中国建筑工业出版社.2004年4月.P50-51.
[3]董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础—共同作用理论与实践[M].上海：同济大学出版社，1996（3）：3～42.
[4]许崇伟，黄琴勇.层高突变对高层建筑楼层刚度的影响及其对策[J].建筑科 学，2006，22（4）：16～22.