高層設(shè)計中嵌固端的有關(guān)問題

孫 晉 峰

(山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

高層設(shè)計中嵌固端的有關(guān)問題

孫 晉 峰

(山西中方森特建筑工程設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中嵌固端的選取進(jìn)行了深入探討，并從單層地下室結(jié)構(gòu)、塔樓投影面積、地下室頂板活載等方面入手，對嵌固端選取中存在的問題及解決措施進(jìn)行闡述，以有效保障高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量。

高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計，嵌固端，基礎(chǔ)埋深

1 概述

高層建筑設(shè)計中在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算前需要對嵌固端位置進(jìn)行選取，而嵌固端在選取過程中會面臨多種不同的情況，例如，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中沒有地下室的結(jié)構(gòu)，但是該種設(shè)計中基礎(chǔ)埋深相對較大，或沒有地下室但是其整體層數(shù)多少不一。設(shè)計人員要根據(jù)高層建筑整體結(jié)構(gòu)的差異對嵌固端進(jìn)行選取，這樣不僅可以確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)中構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性，同時也對高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的真實性與結(jié)構(gòu)局部經(jīng)濟(jì)性有著很大影響，因此，關(guān)于對高層設(shè)計中嵌固端選取的相關(guān)問題進(jìn)行討論有著重要意義。

2 高層設(shè)計中結(jié)構(gòu)嵌固端選取的條件

2.1 設(shè)有地下室的結(jié)構(gòu)嵌固端選取條件

對于當(dāng)前我國現(xiàn)代的很多高層建筑來說，其一般都會存在地下室結(jié)構(gòu)，對于這種存在地下室的結(jié)構(gòu)嵌固端選取來說，需要注意的內(nèi)容和要點(diǎn)是比較多的，一般來說，在具體的選取過程中，應(yīng)該在地面標(biāo)高處采取相應(yīng)的措施，促使其能夠滿足一定的條件，進(jìn)而才能夠保障其結(jié)構(gòu)嵌固端選取的準(zhǔn)確性。因為這種帶有地下室的高層結(jié)構(gòu)和不具備地下室的高層建筑結(jié)構(gòu)存在著較大的差異，尤其是在頂板標(biāo)高處，其更需要加強(qiáng)相應(yīng)的注意，在實際的施工設(shè)計過程中，一般都不會把首層樓面作為嵌固端處理，只有在一種情況下例外，那就是當(dāng)?shù)叵率翼敯鍢?biāo)高處和建筑室外地坪的高度差在1個～3個臺階的狀況下，才能夠盡可能的采取該方式進(jìn)行處理。再者，地下室頂板結(jié)構(gòu)如果以梁板體系為主且樓面無大孔洞，樓板厚度和樓面框架梁的抗彎剛度要符合嵌固端的選取標(biāo)準(zhǔn)，該種情況下可以將地下室頂板作為高層建筑的結(jié)構(gòu)嵌固端，同時也可以確保其各項參數(shù)可以滿足嵌固端的選取要求。另外，地下室整體側(cè)壁的側(cè)限符合標(biāo)準(zhǔn)并與土壤接觸良好，該種情況下半地下室的頂板在高層建筑設(shè)計中不能作為結(jié)構(gòu)嵌固端。如果上述幾種條件在實際上各項參數(shù)可以滿足《抗震規(guī)范》中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，但是由于高層建筑首層處的柱截面一般都會比框架梁截面要大，雖然可以通過增大框架梁截面和抗彎鋼筋用量對上述條件進(jìn)行改變，但是在高層建筑設(shè)計中其依舊難以滿足結(jié)構(gòu)嵌固端的選取要求。

2.2 不設(shè)有地下室的結(jié)構(gòu)嵌固端選取條件

一般層數(shù)有限的小高層建筑在設(shè)計過程中不會設(shè)有地下室，或者是高層建筑在設(shè)計中基礎(chǔ)持力層相對較短，但是在高層建筑設(shè)計中并不提倡使用該種結(jié)構(gòu)設(shè)計，高層建筑在設(shè)計中無論采用天然地基或者樁基礎(chǔ)時都是將基礎(chǔ)面作為結(jié)構(gòu)嵌固端，但是在實際施工中需要在標(biāo)高處的縱橫方向設(shè)置基礎(chǔ)梁對其進(jìn)行連結(jié)，基礎(chǔ)梁在設(shè)置過程中要確保其剛度可以滿足結(jié)構(gòu)嵌固端的使用需求，并且對于這一類型的高層建筑來說，其首層的高度的計算應(yīng)該從基礎(chǔ)面進(jìn)行計算，如此才能夠保障其計算的準(zhǔn)確性。在該處理過程中也就存在著一定的問題需要引起人們的高度重視，那就是如何確保整體的剛度，尤其是對于高層建筑來說，這種剛度極為重要，基于此，在具體的設(shè)計施工過程中，一般會把地面作為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)嵌固端，當(dāng)然，對于這種地面結(jié)構(gòu)來說，也應(yīng)該促使其具備一定的剛性特點(diǎn)，如果確實不具備這種地面作為嵌固端條件的狀況，則也應(yīng)該選擇上部結(jié)構(gòu)作為嵌固端進(jìn)行處理，繼而才能夠保障其整體的剛度要求。

3 高層設(shè)計中與嵌固端相關(guān)的問題分析

3.1 單層地下室結(jié)構(gòu)

對于當(dāng)前很多高層建筑物中的單層地下室來說，其在具體的設(shè)計過程中必須要重點(diǎn)針對這一單層地下室進(jìn)行嚴(yán)格的分析和控制，確保其嵌固端選擇的準(zhǔn)確性，一般來說，當(dāng)前很多高層建筑單層地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計都是采用天然地基筏板基礎(chǔ)進(jìn)行的，因此，對于該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言，既可以把這種基礎(chǔ)底板作為一種重要的嵌固端進(jìn)行處理，進(jìn)而最大程度上提升其嵌固端選擇的恰當(dāng)性和合理性，此外，還應(yīng)該重點(diǎn)注意避免把高層建筑首層作為單層地下室上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，如果采取這種方式進(jìn)行設(shè)計施工的話，必然會影響其整個高層建筑的穩(wěn)定性和剛度，甚至導(dǎo)致更為嚴(yán)重的危害產(chǎn)生。在一些比較特殊的高層建筑單層地下室設(shè)計施工中，還存在把地下室作為防空地下室使用的現(xiàn)象，對于這一類型的地下室來說，其頂層的強(qiáng)度和剛度都是比較高的，因此，在具體的嵌固端選擇和處理中完全就可以把這一頂部結(jié)構(gòu)作為嵌固端進(jìn)行處理，進(jìn)而也能夠保障其穩(wěn)定性。

3.2 塔樓投影面積比例

高層建筑塔樓在地下室頂板上的投影面積比例，在實際上會對高層建筑地下室頂板作為嵌固端產(chǎn)生一定影響，如果塔樓投影面積比例為1時，并確保高層建筑的首層樓面各項參數(shù)均符合嵌固端的選取要求，則可以將該條件下的地下室頂板作為結(jié)構(gòu)嵌固端。但是如果塔樓投影面積比例小于1時，這不僅可以充分說明地下室側(cè)限與塔樓距離相對較遠(yuǎn)，同時也意味著塔樓在發(fā)生側(cè)向位移過程中，會導(dǎo)致高層建筑首層樓面受到影響并發(fā)生變形，雖然變形量相對較小但也會影響到首層的剛度，而且這也會導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)側(cè)移的計算值的準(zhǔn)確性受到影響，首層結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會由于變形導(dǎo)致其產(chǎn)生不同程度的附加內(nèi)力，這些都會對高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來一定影響。有經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)工程師在該種情況下進(jìn)行高層設(shè)計過程中，都會根據(jù)工程的實際情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)處理，這樣才能確保其整體結(jié)構(gòu)滿足高層建筑使用要求。

3.3 大底盤多塔樓

商住高層建筑在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計上都以大底盤多塔樓的形式為主，而且由于商住高層建筑與居住高層建筑之間的性質(zhì)存在一定的差異，對柱網(wǎng)要求的不同則在設(shè)計中需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，這樣才能使其整體結(jié)構(gòu)滿足高層建筑的使用要求。當(dāng)大底盤多塔樓的商用層數(shù)在1層～2層時，并且其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層設(shè)于大底盤屋頂標(biāo)高處時，該種高層設(shè)計中的嵌固端選取可以在大底盤屋頂處，這是因為大底盤多塔樓的樓層面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塔樓投影面積，而結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)置可以使其樓層平面剛度比塔樓樓層高度要大，這樣可以確保其滿足結(jié)構(gòu)嵌固端的選取要求。再者，大底盤多塔樓中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層一般都以剪力墻或短肢剪力墻等結(jié)構(gòu)為主，在設(shè)計過程中為了確保結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上下部的側(cè)向剛度相似，大底盤部分在設(shè)計過程中會增添新的剪力墻，這樣可以使樓下的大底盤具有足夠的側(cè)向剛度。

3.4 地下室頂板的活載

地下室頂板在正常使用中的活載會相對較小，一般商用高層建筑的地下室頂板活載在3.5 kN/m2左右，但是在設(shè)計過程中要將施工產(chǎn)生的荷載計算入內(nèi)，所以地下室頂板活載在設(shè)計過程中會控制在5.0 kN/m2左右，當(dāng)高層建筑主體結(jié)構(gòu)施工到2層樓面的時候，首層地面將會成為后續(xù)施工中的理想施工場地，一般施工單位都會將水泥、塔架、鋼腳手架等施工材料或設(shè)備堆放在首層地面上，或者在首層地面上進(jìn)行鋼筋加工等，所以在設(shè)計過程中雖然地下室頂板多為臨時荷載，但是也要取較高的值。此外，為了防止地下室頂板由于受到長時間暴露或暴曬等因素影響，在實際施工中需要為其配置足夠多的樓板面筋。

4 結(jié)語

對于高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作來說，嵌固端的選擇和處理是比較核心的一個方面，其嵌固端選擇的準(zhǔn)確性對于高層建筑的穩(wěn)定性來說極為重要，這也就要求相應(yīng)的設(shè)計人員必須要不斷提升自身的設(shè)計水平，加深對于嵌固端設(shè)計的了解，切實保障嵌固端選擇的準(zhǔn)確性。

[1] 何 洋.結(jié)構(gòu)設(shè)計嵌固端的確定及相關(guān)技術(shù)問題探討[J].福建建材,2012(9)：85-86.

[2] 姬彩軍.高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的選取及相關(guān)技術(shù)問題的探討[J].科技向?qū)?2013(29)：57-58.

[3] 李 燾.某高層建筑嵌固端的確定與分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計,2014(7)：31-33.

On related issues of partial fixing in high-rise design

Sun Jinfeng

(ShanxiZhongfangSenteArchitecturalEngineeringandDesignResearchInstitute,Taiyuan030002,China)

The paper explores the selection for the partial fixing in the high-rise architectural structures, and illustrates the problems and solutions in the selection from the components of single floor basement, projected areas of towers, and live load of basement roofs, so as to guarantee the design quality of high-rise structures.

high-rise building, structural design, partial fixing, basic buried depth

1009-6825(2015)30-0042-02

2015-08-18

孫晉峰(1973- )，男，工程師

TU972

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