結構底部嵌固部位的探討
工程技術
作者：遠芳 王國興
【摘要】嵌固部位的確定對建築的抗震性能、結構合理性及經濟性影響較大。嵌固部位就是通過剛度和承載力調整迫使牆柱等堅向構件塑性鉸在預期部位出現。正確選取高層建築結構計算模型中的嵌固部位十分關鍵，它直接影響到結構計算的準確性，以及構件內力及結構側向位移的真實性。下麵就針對選擇地下室頂板作為上部結構嵌固端的條件進行簡單介紹，提出利用PKPM軟件確定上部結構嵌固部位的方法，並對做為上部結構嵌固部位的技術措施進行彙總。
【關鍵詞】地下室頂板；上部結構的嵌固部位
1、引言
所謂嵌固實質上是指接近固定的計算基麵，從廣義的角度來說，嵌固麵以下的結構，可視為“基礎”範疇。作為抗震設計的重要原則，基礎和地下室結構應具有足夠的剛度和承載力，保證上部結構進入非彈性階段時，基礎和地下室結構能承受上部荷載並傳遞到地基上。簡單說，嵌固麵就是上部豎向抗側力構件在地震下出現預定塑性鉸的基麵位置。地震實測記錄表明，四周與土壤接觸的具有外牆的地下室變形與剛體變形基本一致，抗震設計中可假設其為剛體，上部結構嵌固在地下室頂板上。規範上的剛度比、板厚等要求是構造保證。對於給定的一個結構，其嵌固麵是由建築的客觀條件決定的，而不是設計人為指定的。舉個例子，對於一個地下室頂板可以作為嵌固麵的結構，如果設計計算模型將其嵌固麵定為基礎頂麵，即預定的塑性鉸在基礎麵，則該計算模型對於嵌固麵的取法是不合理的。
2、結構嵌固端選取的條件
當地下室頂板滿足以下基本條件時，可被確定為上部結構的結構嵌固部位。
1)地下室層數不小於2層[1]；
2)上位主體結構地上一層的樓層等效剪切剛度與地下一層主體相關範圍內側樓層等效剪切剛度比滿足（2.2.1）式的要求[1,2,3]；
(2.2.1)
式中：G1、G0——地下一層與上部結構首層的混凝土剪切模量；
A1、A0——地下一層與上部結構首層的折算受剪麵積；
A1= Aw,1+0.12 Ac,1
A0= Aw,0+0.12 Ac,0
Aw,1, Aw,0——抗震驗算方向地下一層與上部結構首層剪力牆受剪總有效麵積；
Ac,1, Ac,0——抗震驗算方向地下一層與上部結構首層剪力牆受剪總有效麵積；
h1、h0——地下一層與上部結構首層的折算受剪麵積。
3)地下室周邊宜有與其頂板相連的抗震牆[2,3]。
4)相關範圍內地下室頂板應采用現澆梁板結構，且應避免留有大孔洞[1,2]。
3、利用PKPM軟件確定上部結構嵌固部位的方法
當下PKPM係列軟件還不具備自動判斷上部結構嵌固部位的能力，而且實際工程設計過程中情況各不相同，要求軟件做到自動判斷嵌固部位的工作十分困難，到目前為止還需要設計人員進行人為幹預，但PKPM係列軟件為此提供了必要的計算及數據支持。首先是把地下室與上部結構作為一個整體進行考慮，通常在基礎底板處設置嵌固端，進行第一次試算，計算樓層側向剛度比時可不考慮地下室室外回填土的側限作用，計算出地下及上部結構各樓層側向剛度比的大小（暫不考慮室外回填土對地下室樓層側向剛度提高的有利因素），這是結構自身的固有特性，不會因地下室層數的變化而改變。然後根據計算的樓層側向剛度比確定上部結構在地下室的嵌固部位後重新設計，此時可考慮回填土對地下室樓層側向剛度的貢獻。其中最主要的問題就是計算樓層側向剛度比。前麵提到的樓層剛度的計算方法，當下有以下幾種計算方法可供選擇：