高層建筑結構嵌固端設計問題研究

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摘要：地下室現今越來越多的出現在高層建筑結構當中，對于地下室而言，嵌固端位置的選取至關重要。因此，對于嵌固端相關性研究被日益重視起來。本文將從經濟性角度去進行相關研究，并且分析改變地下室層高與混凝土強度等級對嵌固端的影響結果。

關鍵詞：高層建筑；嵌固端；地下室；層高

1高層建筑結構嵌固端的選取

高層建筑結構中，所謂的嵌固端就是平常說的固定端，不允許構件在此部位有任何位移。這里的位移在結構力學中是指平面x、y兩個方向的位移和圍繞此支座的轉角；而對應的簡支端（邊）則允許有轉角，但是不能有x、y方向的位移。因此對于高層建筑結構的嵌固端，合理選取其位置是至關重要的。圍繞國內外研究人員對于嵌固端相關性的研究成果，本文將從一個新的角度即經濟性的方向去研究分析，并且從改變地下室層高與混凝土強度等級的方向去研究對于嵌固端的影響。國家現行各種規范對于地下室嵌固端進行了相關的規定與要求，這對高層建筑的地下室結構設計起到了規范與指導作用。國家規范的規定如下：《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）中第5.3.7條高層結構整體計算中，當地下室頂板作為嵌固端的時候，地下一層與上一層的側向剛度之比不宜小于2。《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）中第6.1.14條：地下室頂板應避免開設大的洞口；地下室在地上結構相關范圍的頂板應采用現澆梁板結構，相關范圍以外的地下室頂板宜采用現澆梁板結構；樓板厚度不宜小于180mm，混凝土的強度等級不宜小于C30，應該采用雙層雙向配筋，而且每層的每個方向的配筋率不宜小于0.25%。

2地下室嵌固端相關經濟性分析

當采取多塔結構，對于高層建筑結構中的單層地下室，若改變地下室嵌固端位置則相對于頂板而言則會產生不同的影響。根據第一章相關規范介紹就是嵌固端選取為地下室頂板處時的構造要求。當嵌固端選取在地下室地板時，《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010)中第10.6.2條規定多塔結構以及體型收進、懸挑結構，豎向體型突變部位的樓板宜加強，樓板厚度不宜小于150mm，宜雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網的配筋率不宜小于0.25%。體型突變部位上、下層結構的樓板也應加強構造措施。并借鑒《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010)第14.3.2條。從上述構造要求來看，改變嵌固端位置后，頂板處的構造發生改變。當嵌固端選取在底板時，頂板處的構造相對于嵌固端在頂板處時要適當降低。其中，頂板板厚相對降低，同時為了不用滿足側向剛度這個指標，我們就可以不用調整地下室部分的相關混凝土構件去滿足要求。因此，就頂板處所受到的荷載情況與配筋情況分析，我們可以得到當地下室嵌固端選取在地下室底板時較與設置在地下室頂板處比較為經濟合理。

3地下室層高改變后對于嵌固端的相關影響

在現今的高層建筑結構設計中，相關設計人員在設置地下室頂板為地下嵌固端位置時，為了滿足國家規范對于嵌固端的相關要求，特別是我們必須滿足側向剛度這個十分重要的指標。為了達到側向剛度的相關要求，設計人員都會在地下室設計時采用各種措施去調整模型（加大鋼筋混凝土構件的尺寸、厚度，或者加大剪力墻數量、厚度）。因此，從這些情況出發，本章將考慮在地下室嵌固端選取為地下室頂板時的前提之下，分析改變地下室層高對于側向剛度的相關影響結果，從較經濟、方便的角度去考慮可以很好改變側向剛度的影響因素。本章希望通過建立模型去分析效果，模型大致為建立PKPM模型，通過設置地下室層高為5.000m與4.500m這兩種不同情況去計算分析。通過相關研究分析，模型建立計算之后，我們得知改變地下室層高后對于側向剛度的影響較大。地下室層高減小后，地下室與地下室以上一層的側向剛度比值增大。

4地下室混凝土強度等級改變后對于嵌固端的相關影響

在高層建筑結構設計當中，設計嵌固端有關側向剛度的問題時，設計人員有時可能會覺得加大混凝土強度等級會造成地下室所在層的剛度增大。因此，就認為可以滿足國家規范對于側向剛度比的相關要求。本章將從加強地下室所在層混凝土強度等級是否對嵌固端的側向剛度產生影響的角度出發，通過設計與建立模型，利用軟件PKPM去計算分析改變了混凝強度等級后對于側向剛度的相關影響。我們利用起軟件PKPM建立起一個單層地下室模型，變化就在改變了計算時的混凝土強度等級。本章的模型中，地下室所在層塔樓部分的各種構件所采用的混凝土強度等級為C40，模型建立時改變混凝土強度等級為C45。結合本節對于側向剛度比的相關計算結果對比，我們可以觀察到改變地下室所在層混凝土強度等級改變后對于側向剛度這個指標的影響，相對來說影響甚微。

5結語

在高層建筑結構設計中，必須注意嵌固端的選取，這樣才可以更真實、準確的得出工程的計算結果。同時，我們也必須從嵌固端相關影響因素與經濟性出發來更好的選取嵌固端位置。我們也同樣得知了通過改變地下室層高與地下室混凝土強度等級的作用和效果。因此，對于以后嵌固端的側向剛度問題，我們有了其他的有效措施去調整。

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作者：韓事成 朱立冬 單位：武漢理工大學 土木工程與建筑學院